ES2718332T3 - Micro / nano structures of colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate and manufacturing process of said micro / nano structures - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Micro/nano estructuras de nanopartículas coloidales fijadas sobre un sustrato electret y procedimiento de fabricación de dichas micro/nano estructurasMicro / nano structures of colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate and manufacturing process of said micro / nano structures
La presente invención se refiere a micro/nano estructuras que se presentan bajo la forma de un montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales fijadas sobre un sustrato electret, dispuestas de manera compacta, y a los procedimientos de fabricación de estas micro/nano estructuras.The present invention relates to micro / nano structures that are presented in the form of a monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate, arranged in a compact manner, and to the manufacturing processes of these micro / nano structures.
En todo el texto por “material electret” se entiende cualquier material susceptible de conservar, durante al menos un determinado tiempo, una polarización eléctrica inducida por un campo eléctrico, después de la anulación de dicho campo eléctrico.Throughout the text "electret material" means any material capable of preserving, for at least a certain time, an electrical polarization induced by an electric field, after the cancellation of said electric field.
En todo el texto, las nanopartículas coloidales son cuerpos sólidos, que tienen al menos una de las dimensiones comprendida entre 1 y 1.000 nm, que forman una fase discreta dispersada en un medio continuo o dispersante de constitución diferente, sin estar disueltas por él. Las nanopartículas coloidales pueden ser en especial nanocristales coloidales.Throughout the text, colloidal nanoparticles are solid bodies, having at least one of the dimensions between 1 and 1,000 nm, which form a discrete phase dispersed in a continuous or dispersing medium of different constitution, without being dissolved by it. Colloidal nanoparticles can be especially colloidal nanocrystals.
En todo el texto, por nanopartícula coloidal “cargada” se entiende cualquier nanopartícula coloidal cargada eléctricamente susceptible de ser atrapada por la acción de fuerzas culombianas o electroforéticas por un campo eléctrico generado por motivos de cargas inscritas en la superficie de un sustrato electret.Throughout the text, "charged" colloidal nanoparticle means any electrically charged colloidal nanoparticle capable of being trapped by the action of coulombic or electrophoretic forces by an electric field generated by motives of charges inscribed on the surface of an electret substrate.
En todo el texto, por nanopartícula coloidal “neutra polarizable” se entiende cualquier nanopartícula coloidal neutra o casi eléctricamente neutra, susceptible de ser polarizada eléctricamente cuando se somete a la acción de un campo eléctrico externo, y susceptible de ser atrapada por la acción únicamente de fuerzas dielectroforéticas por un campo eléctrico generado por motivos de cargas inscritas en la superficie de un sustrato electret.Throughout the text, colloidal nanoparticle "polarizable neutral" means any colloidal nanoparticle neutral or almost electrically neutral, capable of being electrically polarized when subjected to the action of an external electric field, and capable of being trapped by the action of only dielectrophoretic forces by an electric field generated by motives of charges inscribed on the surface of an electret substrate.
Los nanocristales coloidales NaYF4 con malla hexagonal y dopados con lantánidos han hecho ya la prueba de su gran interés en razón de su capacidad para convertir eficazmente una radiación próxima al infrarrojo y de poca energía en una radiación visible de luminiscencia de energía más elevada, conociéndose este tipo de conversión por la denominación de conversión alta (en inglés upconversion) o elevadora por lo que se refiere a frecuencias. Además del aliciente proporcionado por propiedades eléctricas únicas tales como las bandas de emisión estrechas, las duraciones de estados excitados largos y una respuesta fotónica estable, la conversión alta de nanocristales coloidales NaYF4 dopados con lantánidos Ln3+ presentan aplicaciones prometedoras en los campos de láseres sólidos, de diagnóstico por la imagen infrarroja de poca intensidad, de captadores, del marcaje de seguridad, de los indicadores y dispositivos fotovoltaicos.The colloidal nanocrystals NaYF4 with hexagonal mesh and doped with lanthanides have already tested their great interest because of their ability to effectively convert a near-infrared radiation and low energy into a visible radiation of higher energy luminescence, knowing this type of conversion by the denomination of high conversion (in English upconversion) or elevator in terms of frequencies. In addition to the incentive provided by unique electrical properties such as narrow emission bands, durations of long excited states and a stable photonic response, the high conversion of NaYF4 colloidal nanocrystals doped with Ln3 + lanthanides have promising applications in the fields of solid lasers, of low-intensity infrared imaging, sensors, security marking, photovoltaic indicators and devices.
Con el fin de aprovechar las propiedades ópticas de nanocristales coloidales NaYF4 dopados con lantánidos, se han desarrollado varios procedimientos para ensamblar los nanocristales coloidales y micromotivos en las superficies. Estos procedimientos desprovistos de inscripción de motivos de cargas en superficie son, por ejemplo, el microcontacto mecánico (pCP) combinado con “figuras infladas” por gotas de agua, la fotoformación de motivos que utilizan una reacción de amplificación química, el micromoldeo en elementos capilares (MIMIC) utilizando esferas de poliestireno, la litografía coloidal.In order to take advantage of the optical properties of NaYF4 colloidal nanocrystals doped with lanthanides, several procedures have been developed to assemble the colloidal and micromotive nanocrystals on the surfaces. These procedures devoid of inscription of motifs of surface charges are, for example, the mechanical microcontact (pCP) combined with "inflated figures" by drops of water, the photoforming of motifs that use a chemical amplification reaction, the micromoldeo in capillary elements (MIMIC) using polystyrene spheres, colloidal lithography.
Sin embargo, estos procedimientos presentan los inconvenientes según los cuales (i) la altura de los montajes de nanocristales coloidales no se ha dominado ni dirigido con precisión, (ii) la resolución espacial de los motivos de nanocristales coloidales creados está limitada, (iii) las geometrías de los motivos están limitadas e incluyen defectos, (iv) la duración de la realización de los procedimientos es elevada, y (v) no pueden realizarse micromotivos controlados espacialmente con dos tipos de nanocristales (montajes binarios).However, these procedures have the drawbacks according to which (i) the height of colloidal nanocrystal assemblies has not been precisely mastered or directed, (ii) the spatial resolution of the colloidal nanocrystal patterns created is limited, (iii) the geometries of the motifs are limited and include defects, (iv) the duration of the procedures is high, and (v) spatially controlled micromotives cannot be performed with two types of nanocrystals (binary assemblies).
Desde hace algunos años, la nanoxerografía de microscopia con fuerza atómica AFM (en inglés Atomic Force Microscopy) ha demostrado ser una técnica innovadora para la fabricación de montajes dirigidos de coloides en superficies.For some years, AFM atomic force microscopy nanoxerography (Atomic Force Microscopy) has proven to be an innovative technique for the manufacture of surface mounted colloid assemblies.
Esta técnica utiliza motivos de cargas eléctricas inscritas en electrets por una punta AFM para atrapar de manera electrostática nanopartículas coloidales a partir de sus dispersiones.This technique uses motifs of electric charges inscribed in electrets by an AFM tip to electrostatically trap colloidal nanoparticles from their dispersions.
Sin embargo, los montajes realizados por esta técnica hasta hoy se limitan a montajes monocapa y estos montajes adolecen en general de compacidad presentando lagunas no deseadas de tamaños superiores al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, limitando seriamente así su posible aplicación.However, the assemblies made by this technique until today are limited to monolayer assemblies and these assemblies generally suffer from compactness by presenting unwanted gaps of sizes larger than the size of two adjacent nanoparticles, thus seriously limiting their possible application.
El artículo de Shien-Derivad Tzeng et al. titulado “Templated self-assembly of coloidal nanoparticles controlled by electrostatic nanopatterning on a Si3N4/SiO2/Si electret” publicado en la revista Advanced Materials, 2006 n° 18, págs. 1147-1151, describe un montaje monocapa de nanopartículas de oro cargadas positivamente con una compacidad elevada. Este montaje se obtiene por la acción de fuerzas electroforéticas ejercidas entre motivos de cargas negativas inscritos en la superficie del sustrato electret y nanopartículas cargadas de oro cargadas positivamente. El artículo de Palleau E. et al.: “Quantification of the electrostatic forces involved in the directed assembly of coloidal nanoparticles by AFM nanoxerography”, Nanotechnology, IOP, Bristol, G.B., vol. 22 n° 32, 19 julio 2011, página 325.603, describe un procedimiento de fabricación de una nanoestructura formada por nanopartículas coloidales que comprende un montaje monocapa de nanopartículas coloidales fijadas sobre un sustrato electret, que tiene una forma geométrica, libremente seleccionada y predeterminada, que comprende las etapas que consisten en: en una primera etapa, proporcionar un sustrato electret, constituido en un material electret y que tiene una superficie libre de recepción, después en una segunda etapa, inscribir un potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo predeterminado de cargas eléctricas correspondiente al montaje monocapa de partículas, después en una tercera etapa, poner en contacto el sustrato electret que tiene la superficie de recepción inscrita por el potencial de superficie según el motivo deseado de cargas eléctricas, con una dispersión coloidal, incluyendo la dispersión coloidal nanopartículas coloidales sensiblemente neutras y eléctricamente polarizables por la acción de un campo eléctrico externo, y un medio de dispersión, en forma de disolvente líquido, sensiblemente desprovisto de acción de polarización eléctrica, en el que las nanopartículas coloidales se dispersan y estando unidas las nanopartículas al sustrato por la acción de fuerzas electroforéticas, creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie inscrito.The article by Shien-Derivad Tzeng et al. entitled “Templated self-assembly of colloidal nanoparticles controlled by electrostatic nanopatterning on a Si3N4 / SiO2 / Si electret” published in the journal Advanced Materials, 2006 n ° 18, p. 1147-1151, describes a monolayer assembly of positively charged gold nanoparticles with high compactness. This assembly is obtained by the action of electrophoretic forces exerted between motives of negative charges inscribed on the surface of the electret substrate and positively charged gold-charged nanoparticles. The article by Palleau E. et al .: "Quantification of the electrostatic forces involved in the directed assembly of colloidal nanoparticles by AFM nanoxerography", Nanotechnology, IOP, Bristol, GB, vol. 22 n ° 32, 19 July 2011, page 325.603, describes a method of manufacturing a nanostructure formed by colloidal nanoparticles comprising a monolayer assembly of colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate, which has a geometric shape, freely selected and predetermined, comprising the steps consisting of : in a first stage, providing an electret substrate, constituted in an electret material and having a free reception surface, then in a second stage, inscribing an electrical surface potential on the receiving surface of the electret substrate according to a predetermined reason for electrical charges corresponding to the monolayer assembly of particles, then in a third stage, contacting the electret substrate having the reception surface inscribed by the surface potential according to the desired motive of electric charges, with a colloidal dispersion, including colloidal dispersion nanoparty colloidal cells substantially neutral and electrically polarizable by the action of an external electric field, and a means of dispersion, in the form of a liquid solvent, substantially devoid of electrical polarization action, in which the colloidal nanoparticles disperse and the nanoparticles being joined to the substrate by the action of electrophoretic forces, created from the interaction between polarizable nanoparticles and the inscribed surface potential.
Un primer problema técnico es disponer de un procedimiento de fabricación de montajes dirigidos mono o multicapas de nanopartículas coloidales, amontonadas lo más cerca posible para mejorar el dominio de la compacidad de al menos la primera capa desde el punto de vista de ausencia de lagunas no deseadas de tamaños superiores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una partícula. Un segundo problema técnico, relacionado con el primer problema, es disponer de un procedimiento de fabricación de montajes binarios, dirigidos mono o multicapas de nanopartículas coloidales de dos tipos diferentes, amontonadas lo más cerca posible para garantizar una compacidad dominada de al menos la primera capa desde el punto de vista de ausencia de lagunas no deseadas de tamaños superiores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una partícula.A first technical problem is to have a manufacturing process for mono or multilayer directed assemblies of colloidal nanoparticles, piled up as close as possible to improve the domain of the compactness of at least the first layer from the point of view of absence of unwanted gaps. of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a particle. A second technical problem, related to the first problem, is to have a manufacturing process for binary assemblies, directed single or multilayer colloidal nanoparticles of two different types, stacked as close as possible to ensure a dominated compactness of at least the first layer from the point of view of the absence of unwanted lagoons of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a particle.
A tal fin, la invención tiene por objeto un procedimiento de fabricación de una micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales fijadas sobre un sustrato electret, que tiene una forma geométrica, libremente seleccionada y predeterminada,To this end, the object of the invention is a method of manufacturing a micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate, which has a geometric shape, freely selected and predetermined,
que comprende las etapas consistentes en:which comprises the stages consisting of:
en una primera etapa, proporcionar un sustrato electret, constituido en un material electret y que tiene una superficie libre de recepción, despuésin a first stage, provide an electret substrate, constituted in an electret material and having a free reception surface, then
en una segunda etapa, inscribir sucesivamente o en paralelo un potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo predeterminado de cargas eléctricas positivas y/o negativas correspondiente al montaje monocapa o multicapas de nanopartículas, despuésin a second stage, successively or parallelly inscribe a surface electric potential on the receiving surface of the electret substrate according to a predetermined motive of positive and / or negative electrical charges corresponding to the monolayer or multilayer mounting of nanoparticles, then
en una tercera etapa, poner en contacto el sustrato electret que tiene la superficie de recepción inscrita por el potencial de la superficie según el motivo deseado de cargas eléctricas, con una dispersión coloidal durante un tiempo de puesta en contacto suficientemente largo e inferior o igual a quince minutos,in a third stage, contacting the electret substrate having the reception surface inscribed by the surface potential according to the desired motive of electric charges, with a colloidal dispersion during a contact time sufficiently long and less than or equal to fifteen minutes,
en el quein which
la dispersión coloidal comprende nanopartículas coloidales sensiblemente neutras y eléctricamente polarizables por la acción de un campo eléctrico externo, y un medio de dispersión en forma de un disolvente líquido o un gas, sustancialmente desprovisto de acción de polarización eléctrica, en la que se dispersan las nanopartículas coloidales, yThe colloidal dispersion comprises colloidal nanoparticles substantially neutral and electrically polarizable by the action of an external electric field, and a dispersion medium in the form of a liquid solvent or a gas, substantially devoid of the action of electrical polarization, in which the nanoparticles are dispersed colloidal, and
el valor absoluto del potencial eléctrico de la superficie y la concentración de las nanopartículas polarizables son respectivamente mayores o iguales a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie y a un segundo umbral de concentración, dependiendo el primer y segundo umbrales cada uno de la naturaleza del medio de dispersión y de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, de manera queThe absolute value of the electrical potential of the surface and the concentration of the polarizable nanoparticles are respectively greater than or equal to a first threshold of electrical surface potential and a second threshold of concentration, the first and second thresholds each depending on the nature of the medium. of dispersion and the nature of polarizable nanoparticles, so that
después del primer tiempo de contacto, la micro/nano estructura obtenida es una micro/nano estructura monocapa o multicapa que tiene la forma geométrica deseada y de la cual al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a ausencia de lagunas no deseadas de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente al tamaño de una nanopartícula, estando las nanopartículas unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas, creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie inscrito.after the first contact time, the micro / nano structure obtained is a monolayer or multilayer micro / nano structure that has the desired geometric shape and of which at least the first layer is compact as regards the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces, created from the interaction between the polarizable nanoparticles and the potential of inscribed surface.
Según realizaciones particulares, el procedimiento de fabricación de una micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales incluye una o más de las características siguientes:According to particular embodiments, the manufacturing process of a micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles includes one or more of the following characteristics:
- el montaje de nanopartículas coloidales fijadas en el sustrato electret, que tiene una forma geométrica, elegida libremente y predeterminada, es un montaje multicapa del cual al menos la primera capa es compacta, y - the assembly of colloidal nanoparticles fixed in the electret substrate, which has a geometric shape, freely chosen and predetermined, is a multilayer assembly of which at least the first layer is compact, and
el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración de nanopartículas polarizables son respectivamente mayores o iguales a un tercer umbral de potencial eléctrico de superficie y a un cuarto umbral de concentración, dependiendo los umbrales tercero y cuarto, cada uno de la naturaleza del medio dispersante y de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, de manera quethe absolute value of the surface electric potential and the concentration of polarizable nanoparticles are respectively greater than or equal to a third threshold of surface electric potential and a fourth concentration threshold, depending on the third and fourth thresholds, each of the nature of the dispersing medium and of the nature of polarizable nanoparticles, so that
después del tiempo de contacto, la micro/nano estructura obtenida es la micro/nano estructura multicapa que tiene la forma geométrica deseada, de la cual al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una nanopartícula, estando las nanopartículas unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas neutras y polarizables eléctricamente y el potencial de superficie inscrito;after the contact time, the micro / nano structure obtained is the multilayer micro / nano structure that has the desired geometric shape, of which at least the first layer is compact in terms of the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between electrically neutral and polarizable nanoparticles and the potential of inscribed surface;
- el montaje de nanopartículas coloidales fijadas sobre un sustrato electret, que tiene una forma geométrica, libremente elegida y predeterminada, es un montaje multicapa de un determinado número Nc de capas, cada una de cuyas capas es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores que el tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una nanopartícula, y- the assembly of colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate, which has a geometric shape, freely chosen and predetermined, is a multilayer assembly of a certain number Nc of layers, each of whose layers is compact as regards the absence of unwanted holes of sizes larger than the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, and
el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración de nanopartículas polarizables son, respectivamente, mayores o iguales a un quinto umbral de potencial eléctrico de superficie y a un sexto umbral de concentración, dependiendo cada uno de los umbrales quinto y sexto de la naturaleza del medio de dispersión, de la naturaleza de las nanopartículas polarizables y del número de capas, de modo quethe absolute value of the surface electric potential and the concentration of polarizable nanoparticles are, respectively, greater than or equal to a fifth threshold of surface electric potential and a sixth concentration threshold, each of the fifth and sixth thresholds depending on the nature of the dispersion medium, the nature of polarizable nanoparticles and the number of layers, so that
después del tiempo de contacto, la micro/nano estructura obtenida es la micro/nano estructura multicapa que tiene la forma geométrica deseada, de la que todas cuyas capas son compactas por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaño mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una nanopartícula, estando las nanopartículas unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de las fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie inscrito.After the contact time, the micro / nano structure obtained is the multilayer micro / nano structure that has the desired geometric shape, of which all whose layers are compact in terms of the absence of unwanted holes of larger size or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the inscribed surface potential.
Según una primera realización, el objeto de la invención es también un procedimiento de fabricación de una micro/nano estructura binaria formada por dos tipos de nanopartículas formadas por dos tipos de nanopartículas coloidales que comprenden:According to a first embodiment, the object of the invention is also a method of manufacturing a binary micro / nano structure formed by two types of nanoparticles formed by two types of colloidal nanoparticles comprising:
un primer montaje monocapa de nanopartículas coloidales del primer tipo, fijadas sobre un sustrato electret, y que tiene una primera forma geométrica, libremente elegida y predeterminada, ya first monolayer assembly of colloidal nanoparticles of the first type, fixed on an electret substrate, and having a first geometric shape, freely chosen and predetermined, and
un segundo montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del segundo tipo, fijadas sobre un sustrato electret, y que tiene una segunda forma geométrica, libremente elegida y predeterminada, comprendiendo el procedimientoa second monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles of the second type, fixed on an electret substrate, and having a second geometric shape, freely chosen and predetermined, comprising the method
las etapas que consisten en:the stages that consist of:
en una primera etapa, proporcionar un sustrato electret, hecho de un material electret y que tiene una superficie libre de recepción, y despuésin a first stage, provide an electret substrate, made of an electret material and having a free reception surface, and then
en una segunda etapa, de forma secuencial o paralela, se registra un potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato de electrolito según un motivo predeterminado de cargas eléctricas que tienen un primer signo y cargas eléctricas que tienen un segundo signo opuesto al primero, estando compuesto el motivo de cargas por una primer submotivo de cargas del primer signo, que corresponde al primer montaje mono capa de nanopartículas del primer tipo, y de un segundo submotivo de cargas del segundo signo, que corresponde al segundo montaje monocapa o multicapa de nanopartículas del segundo tipo,in a second stage, sequentially or in parallel, an electrical surface potential is recorded on the receiving surface of the electrolyte substrate according to a predetermined motive of electric charges having a first sign and electric charges having a second sign opposite the first , the motive of charges being composed of a first submotive of charges of the first sign, which corresponds to the first mono-layer assembly of nanoparticles of the first type, and a second submotive of charges of the second sign, which corresponds to the second monolayer or multilayer assembly of nanoparticles of the second type,
en una tercera etapa, poner en contacto el sustrato electret que tiene la superficie de recepción inscrita por el potencial de superficie, con una primera dispersión coloidal durante un primer período de contacto,in a third stage, contacting the electret substrate having the reception surface inscribed by the surface potential, with a first colloidal dispersion during a first period of contact,
incluyendo la primera dispersión coloidal nanopartículas del primer tipo cargadas eléctricamente según el segundo signo y un primer medio de dispersión en forma de un disolvente líquido o un gas, y siendo el primer periodo de contacto lo suficientemente largo como para permitir que se forme en el primer submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret, el primer montaje monocapa, que tiene la primera forma geométrica deseada, de nanopartículas del primer tipo unidas al sustrato por la acción de fuerzas electroforéticas, creadas a partir de la interacción culombiana entre las nanopartículas del primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas, despuésthe first colloidal dispersion including nanoparticles of the first type electrically charged according to the second sign and a first dispersion means in the form of a liquid solvent or a gas, and the first contact period being long enough to allow it to form in the first submotive of charges inscribed in the electret substrate, the first monolayer assembly, which has the first desired geometric shape, of nanoparticles of the first type attached to the substrate by the action of electrophoretic forces, created from the culombian interaction between the nanoparticles of the first type and the surface potential of the first submotive of charges, then
en una cuarta etapa, secar el sustrato electret y el primer montaje, formando juntos una micro/nano estructura intermedia al final de la tercera etapa, retirando el primer medio de dispersión y despuésin a fourth stage, dry the electret substrate and the first assembly, forming together an intermediate micro / nano structure at the end of the third stage, removing the first dispersion medium and then
en una quinta etapa, poner en contacto la estructura intermedia seca con una segunda dispersión coloidal durante un segundo período de contacto, in a fifth stage, contact the dry intermediate structure with a second colloidal dispersion during a second contact period,
comprendiendo la segunda dispersión coloidal nanopartículas coloidales del segundo tipo, sensiblemente neutras y polarizables eléctricamente por la acción de un campo eléctrico externo, y un segundo medio de dispersión en forma de un disolvente líquido o de un gas, sustancialmente desprovisto de acción de polarización eléctrica, en el que las nanopartículas coloidales del segundo tipo se dispersan, ythe second colloidal dispersion comprising colloidal nanoparticles of the second type, substantially neutral and electrically polarizable by the action of an external electric field, and a second dispersion means in the form of a liquid solvent or a gas, substantially devoid of electrical polarization action, in which the colloidal nanoparticles of the second type disperse, and
el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración de las nanopartículas del segundo tipo son respectivamente mayores o iguales a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie y un segundo umbral de concentración, cada uno de los cuales depende de la naturaleza del segundo medio de dispersión y de la naturaleza de las nanopartículas de segundo tipo polarizables, de modo queThe absolute value of the surface electrical potential and the concentration of the nanoparticles of the second type are respectively greater than or equal to a first threshold of surface electrical potential and a second concentration threshold, each of which depends on the nature of the second medium. of dispersion and the nature of polarizable second type nanoparticles, so that
después del segundo tiempo de contacto suficientemente largo e inferior a 15 minutos, el segundo montaje obtenido es el segundo montaje monocapa o multicapa que tiene la segunda forma geométrica deseada y de la cual al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una nanopartícula, estando las nanopartículas unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del segundo submotivo.after the second contact time sufficiently long and less than 15 minutes, the second assembly obtained is the second monolayer or multilayer assembly having the second desired geometric shape and of which at least the first layer is compact in terms of absence of unwanted holes of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the surface potential of the second submotive.
Según una segunda realización, la invención tiene asimismo por objeto un procedimiento de fabricación de una micro/nano estructura binaria formada por dos tipos de nanopartículas coloidales que comprendenAccording to a second embodiment, the object of the invention is also a method of manufacturing a binary micro / nano structure formed by two types of colloidal nanoparticles comprising
un primer montaje de monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del primer tipo, fijadas en un sustrato electret, y que tiene una primera forma geométrica, libremente elegida y predeterminada, ya first monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles of the first type, fixed on an electret substrate, and having a first geometric shape, freely chosen and predetermined, and
un segundo montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del segundo tipo, fijadas sobre un sustrato electret, y que tienen una segunda forma geométrica, libremente elegida y predeterminada, comprendiendo el procedimientoa second monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles of the second type, fixed on an electret substrate, and having a second geometric shape, freely chosen and predetermined, comprising the method
las etapas que consisten en:the stages that consist of:
en una primera etapa, proporcionar un sustrato electret, que consiste en un material electret y que tiene una superficie libre de recepción, y despuésin a first stage, provide an electret substrate, consisting of an electret material and having a free reception surface, and then
en una segunda etapa, sucesivamente o en paralelo, se registra un primer potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret según un primer submotivo predeterminado de cargas eléctricas que tiene un primer signo, correspondiente al primer montaje de nanopartículas del primer tipo, el primer submotivo que comprende una primera parte de un motivo de carga que también comprende un segundo submotivo predeterminado de cargas eléctricas que tiene un segundo signo opuesto al primer signo,in a second stage, successively or in parallel, a first surface electric potential is recorded on the receiving surface of the electret substrate according to a first predetermined submotive of electric charges having a first sign, corresponding to the first assembly of nanoparticles of the first type, the first submotive comprising a first part of a charging motif that also comprises a second predetermined submotive of electric charges having a second sign opposite the first sign,
en una tercera etapa, poner en contacto el sustrato electret que tiene la superficie de recepción inscrita por el primer potencial de superficie, con una primera dispersión coloidal durante un primer período de contacto menor o igual a 15 minutos,in a third stage, contacting the electret substrate having the receiving surface inscribed by the first surface potential, with a first colloidal dispersion during a first contact period of less than or equal to 15 minutes,
la primera dispersión coloidal que comprende nanopartículas del primer tipo ya sea cargadas eléctricamente según el segundo signo, o sustancialmente neutras y eléctricamente polarizables, y un primer medio de dispersión en forma de un disolvente líquido o gas, siendo el primer periodo del contacto lo suficientemente largo para dejar que se forme en el primer submotivo de cargas inscritas en el sustrato electret, teniendo el primer conjunto la primera forma geométrica monocapa o multicapa de nanopartículas del primer tipo adheridas al sustrato, ya sea por la acción de fuerzas electroforéticas, creada a partir de la interacción culombiana entre las nanopartículas del primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas cuando las nanopartículas del primer tipo se cargan eléctricamente según el segundo signo, ya sea por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas cuando las nanopartículas del primer tipo son sustancialmente neutras y polarizables eléctricamente,the first colloidal dispersion comprising nanoparticles of the first type either electrically charged according to the second sign, or substantially neutral and electrically polarizable, and a first dispersion medium in the form of a liquid solvent or gas, the first period of contact being sufficiently long to allow it to form in the first submotive of charges inscribed in the electret substrate, the first set having the first monolayer or multilayer geometric form of nanoparticles of the first type adhered to the substrate, either by the action of electrophoretic forces, created from the culombian interaction between the nanoparticles of the first type and the surface potential of the first submotive of charges when the nanoparticles of the first type are electrically charged according to the second sign, either by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between the nanoparticles polarizable and the potential of s the surface of the first submotive of charges when the nanoparticles of the first type are substantially neutral and electrically polarizable,
en una cuarta etapa, secar el sustrato electret y el primer conjunto, formando juntos una micro/nano estructura intermedia al final de la tercera etapa, yin a fourth stage, dry the electret substrate and the first set, forming together an intermediate micro / nano structure at the end of the third stage, and
en una quinta etapa, inscribir sucesivamente o en paralelo un segundo potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret de la estructura intermedia seca y fuera de las zonas cubiertas por el primer conjunto, según el segundo submotivo predeterminado de cargas eléctricas que tienen el segundo signo, y en una sexta etapa, poner en contacto la estructura intermedia inscrita por el segundo potencial de superficie con una segunda dispersión coloidal durante un segundo período de contacto,in a fifth stage, successively or parallelly inscribe a second surface electrical potential on the receiving surface of the electret substrate of the dry intermediate structure and outside the areas covered by the first set, according to the second predetermined submotive of electrical charges having the second sign, and in a sixth stage, contact the intermediate structure inscribed by the second surface potential with a second colloidal dispersion during a second period of contact,
comprendiendo la segunda dispersión coloidal nanopartículas polarizables electrolíticamente y eléctricamente polarizables del segundo tipo por la acción de un campo eléctrico externo, y un segundo medio de dispersión en forma de un disolvente líquido o un gas, sustancialmente desprovisto de acción de polarización eléctrica en la que se dispersan las nanopartículas coloidales, y the second colloidal dispersion comprising electrolytically polarizable and electrically polarizable nanoparticles of the second type by the action of an external electric field, and a second dispersion means in the form of a liquid solvent or a gas, substantially devoid of electrical polarization action in which disperse colloidal nanoparticles, and
siendo el valor del potencial eléctrico de superficie y la concentración de nanopartículas del segundo tipo respectivamente mayores o iguales a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie y en un segundo umbral de concentración, dependiendo cada uno de los umbrales primero y segundo de la naturaleza del segundo medio de dispersión y de la naturaleza del segundo tipo de nanopartículas polarizables, de modo quethe value of the surface electric potential and the concentration of nanoparticles of the second type being respectively greater than or equal to a first threshold of surface electric potential and a second concentration threshold, each of the first and second thresholds depending on the nature of the second dispersion medium and the nature of the second type of polarizable nanoparticles, so that
después del segundo tiempo de contacto, el segundo montaje obtenido es el segundo montaje monocapa o multicapa que tiene la segunda forma geométrica deseada y de la cual al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a ausencia de huecos no deseados mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes del segundo tipo, preferentemente del tamaño de una nanopartícula del segundo tipo, estando las nanopartículas unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial superficial del segundo submotivo.After the second contact time, the second assembly obtained is the second monolayer or multilayer assembly that has the second desired geometric shape and of which at least the first layer is compact as regards the absence of larger or equal unwanted gaps. at the size of two adjacent nanoparticles of the second type, preferably the size of a nanoparticle of the second type, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the potential Superficial of the second submotive.
Según realizaciones particulares, los procedimientos de fabricación de una micro/nano estructura binaria formada por dos tipos de nanopartículas coloidales descritas anteriormente comprenden una o más de las características siguientes:According to particular embodiments, the manufacturing processes of a binary micro / nano structure formed by two types of colloidal nanoparticles described above comprise one or more of the following characteristics:
- las nanopartículas coloidales del primer tipo poseen la propiedad de convertir una radiación en el espectro infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en un primer espectro visible, y las nanopartículas del segundo tipo tienen la propiedad de convertir la misma radiación en el espectro infrarrojo próximo (NIR) en radiación en un segundo espectro visible, siendo el primer espectro visible diferente del segundo espectro visible.- colloidal nanoparticles of the first type possess the property of converting a radiation in the near infrared spectrum (NIR) into a radiation in a first visible spectrum, and the nanoparticles of the second type have the property of converting the same radiation into the near infrared spectrum (NIR) in radiation in a second visible spectrum, the first visible spectrum being different from the second visible spectrum.
- la concentración de nanopartículas cargadas del primer tipo, el primer medio de dispersión, las nanopartículas del primer tipo por lo que se refiere al tamaño, el primer submotivo de cargas, el primer periodo de contacto, la concentración de nanopartículas polarizables del segundo tipo, el segundo medio de dispersión, las nanopartículas del segundo tipo por lo que se refiere al tamaño y polarización, y el segundo periodo de contacto se eligen para obtener el primer montaje con la primera forma geométrica y el segundo montaje con la segunda forma geométrica deseada siendo la primera y la segunda formas geométricas formas conjugadas y que tienen la misma altura con respecto a la superficie de recepción del sustrato, de modo que la forma geométrica del primer conjunto y la forma geométrica del segundo conjunto separadas no se pueden detectar topográficamente por AFM o por microscopia óptica usando iluminación en el espectro visible.- the concentration of charged nanoparticles of the first type, the first dispersion medium, the nanoparticles of the first type in terms of size, the first submotive of charges, the first contact period, the concentration of polarizable nanoparticles of the second type, the second dispersion medium, the nanoparticles of the second type in terms of size and polarization, and the second contact period are chosen to obtain the first assembly with the first geometric form and the second assembly with the second desired geometric form being the first and second geometric forms conjugate forms and having the same height with respect to the substrate receiving surface, so that the geometric form of the first set and the geometric form of the second set separated cannot be topographically detected by AFM or by optical microscopy using illumination in the visible spectrum.
Según realizaciones particulares, los procedimientos de fabricación de una micro/nano estructura de nanopartículas coloidales descritas anteriormente comprenden una o más de las características siguientes:According to particular embodiments, the manufacturing processes of a micro / nano structure of colloidal nanoparticles described above comprise one or more of the following characteristics:
- la etapa de inscripción del potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo de cargas se realiza opcionalmente,- the stage of inscription of the surface electric potential on the receiving surface of the electret substrate according to a motive of charges is optionally carried out,
por un procedimiento de inscripción secuencial de cargas positivas y/o negativas en el sustrato electret comprendido en el conjunto formado por una inscripción de cargas eléctricas por un haz de iones centrados, una inscripción de cargas eléctricas por un haz de electrones enfocado, una inscripción de cargas eléctricas por microscopia de fuerza atómica (AFM) y una inscripción de cargas eléctricas por electrofotografía,by a procedure of sequential registration of positive and / or negative charges in the electret substrate comprised in the set consisting of an inscription of electric charges by a focused ion beam, an inscription of electric charges by a focused electron beam, an inscription of electric charges by atomic force microscopy (AFM) and an inscription of electric charges by electrophotography,
por un procedimiento de inscripción en paralelo de cargas positivas y/o negativas en el sustrato electret incluido en el conjunto formado por la nano impresión eléctrica y el microcontacto eléctrico.by a parallel registration procedure of positive and / or negative charges on the electret substrate included in the set consisting of the electrical nano-impression and the electrical microcontact.
- El material electret es un material comprendido en el conjunto formado por polimetacrilatos de metilo (PMMA), copolímeros de olefinas cíclicas (CoC), tereftalato de polietilenos (PET), polidimetilsiloxanos (PDMS), polipropilenos (PP), policarbonatos (PC), poliestirenos (PS), policloruros de vinilo (PVC), politetrafluoroetilenos (PFTE), sulfato de triglicina (TGS), fluoruro de polivinilideno (PVDF), nitruro de silicio. (Si3N4), óxido de silicio (SO2), compuesto SiaN4/SiO2/Si (NOS);- The electret material is a material included in the set consisting of methyl polymethacrylates (PMMA), copolymers of cyclic olefins (CoC), polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxanes (PDMS), polypropylenes (PP), polycarbonates (PC), polystyrenes (PS), polyvinyl chloride (PVC), polytetrafluoroethylene (PFTE), triglycine sulfate (TGS), polyvinylidene fluoride (PVDF), silicon nitride. (Si3N4), silicon oxide (SO2), compound SiaN4 / SiO2 / Si (NOS);
las nanopartículas coloidales sustancialmente neutras y eléctricamente polarizables son compuestos estabilizados por sí mismos o por ligandos y/o cargas, que tienen propiedades físicas comprendidas en el conjunto formado por las propiedades plasmónicas, conductoras, magnéticas, luminiscentes, catalíticas, electrocrómicas, fotocrómicas, que se vuelven sustancialmente neutras y eléctricamente polarizables, hechas a partir de nanopartículas coloidales básicas,substantially neutral and electrically polarizable colloidal nanoparticles are compounds stabilized by themselves or by ligands and / or charges, which have physical properties comprised in the set formed by the plasmonic, conductive, magnetic, luminescent, catalytic, electrochromic, photochromic properties, which are they become substantially neutral and electrically polarizable, made from basic colloidal nanoparticles,
las nanopartículas coloidales básicas que tiene un núcleo fuerte y, opcionalmente, un caparazón, y que están comprendidos en el grupo formado por el látex, SO2, TO2, ZrO2; CdS, CdSe, PbSe, GaAs, GaN, InP, ln2O3, ZnS, ZnO, MoS2, Si, C, ITO, Fe2O3, Fe3O4, Co, Fe-Co, Fe3C, FesC2, Ni; Au, Ag, Cu, Pt y nanopartículas bimetálicas; WO3; NaLnF4, fluoruros de lantánidos (LnF3), óxidos de lantánidos (Ln2O3), circonatos, silicatos, hidróxidos (Ln(OH)3) y sulfuros de óxidos dopados o no con uno o varios lantánidos diferentes (indicando Ln un lantánido), mezclas de estos compuestos, y el medio de dispersión de nanopartículas polarizables es opcionalmente un disolvente líquido o un gas no polarizante,the basic colloidal nanoparticles having a strong core and, optionally, a shell, and which are comprised in the group consisting of latex, SO2, TO2, ZrO2; CdS, CdSe, PbSe, GaAs, GaN, InP, ln2O3, ZnS, ZnO, MoS2, Si, C, ITO, Fe2O3, Fe3O4, Co, Fe-Co, Fe3C, FesC2, Ni; Au, Ag, Cu, Pt and bimetallic nanoparticles; WO3; NaLnF4, lanthanide fluorides (LnF3), lanthanide oxides (Ln2O3), zirconates, silicates, hydroxides (Ln (OH) 3) and sulfides of oxides doped or not with one or several different lanthanides (indicating Ln a lanthanide), mixtures of these compounds, and the dispersible medium of polarizable nanoparticles is optionally a liquid solvent or a non-polarizing gas,
estando comprendido el disolvente líquido en el grupo formado por pentano, iso-pentano, hexano, heptano, octano, nonano, decano, ciclopentano, ciclohexano, cicloheptano, ciclooctano, ciclohexeno, benceno, tolueno, metilciclohexano, xileno, mesitileno, cloroformo, cloruro de metileno, tetracloroetileno, the liquid solvent being comprised in the group consisting of pentane, iso-pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclohexene, benzene, toluene, methylcyclohexane, xylene, mesitylene, chloroform, chloride methylene, tetrachlorethylene,
estando comprendido el gas dispersante no polarizante en el grupo formado por dinitrógeno N2, argón Ar y el aire, y - el método de fabricación de una micro/nanoestructura de nanopartículas coloidales definida anteriormente comprende las etapas adicionales que consisten en:the non-polarizing dispersant gas comprised in the group consisting of dinitrogen N2, argon Ar and air, and - the method of manufacturing a colloidal nanoparticle microstructure / nano-structure defined above comprises the additional steps consisting of:
elegir y localizar por coordenadas espaciales en el sustrato electret donde el montaje se ha formado, un área de superficie no cubierta por el montaje en el que las nanopartículas se han fijado de manera fortuita y no controlada, en forma de una estructura resultante de un ruido de deposición con una distribución poco densa por lo que se refiere a compacidad, aleatoria y dependiente de la muestra del sustrato electret sobre el que se ha formado el montaje, ychoose and locate by spatial coordinates in the electret substrate where the assembly has been formed, a surface area not covered by the assembly in which the nanoparticles have been fixed by chance and uncontrolled, in the form of a structure resulting from noise deposition with a dense distribution in terms of compactness, random and dependent on the sample of the electret substrate on which the assembly has been formed, and
captar una imagen de la estructura aleatoria de las nanopartículas depositadas en la zona de superficie seleccionada y que forma una firma, siendo la imagen captada opcionalmente una imagen topográfica AFM, una imagen óptica o una imagen de fotoluminiscencia, ycapturing an image of the random structure of the nanoparticles deposited in the selected surface area and forming a signature, the image being optionally captured as an AFM topographic image, an optical image or a photoluminescence image, and
guardar en una memoria la imagen captada y las coordenadas espaciales del área de superficie correspondiente. La invención tiene asimismo por objeto una micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales que comprendesave the captured image and the spatial coordinates of the corresponding surface area in a memory. A subject of the invention is also a micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles comprising
un sustrato electret constituido por un material electret y que tiene una superficie de recepción libre en la que se inscribe un potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo de cargas eléctricas positivas y/o negativas,an electret substrate consisting of an electret material and having a free receiving surface in which an electrical surface potential is inscribed on the receiving surface of the electret substrate according to a reason for positive and / or negative electrical charges,
un ensamblado de nanopartículas coloidales fijadas en el sustrato electret, con una forma geométrica,an assembly of colloidal nanoparticles fixed in the electret substrate, with a geometric shape,
en el quein which
las nanopartículas coloidales son sensiblemente neutras polarizables eléctricamente por la acción de un campo eléctrico externo, ycolloidal nanoparticles are substantially neutral electrically polarizable by the action of an external electric field, and
las nanopartículas polarizables están dispuestas en monocapa o multicapa uniéndose directamente entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas, creadas por la interacción existente entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del motivo de carga, yThe polarizable nanoparticles are arranged in monolayer or multilayer joining directly to each other and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces, created by the interaction between the polarizable nanoparticles and the surface potential of the loading motif, and
el motivo de cargas eléctricas de la misma polaridad inscrito en el sustrato electret corresponde a la forma geométrica del conjunto de nanopartículas monocapa o multicapa, ythe reason for electric charges of the same polarity inscribed in the electret substrate corresponds to the geometric shape of the set of monolayer or multilayer nanoparticles, and
el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie creado por el motivo de cargas es mayor o igual que un primer umbral de potencial eléctrico de superficie que depende de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, y tal que al menos la primera capa del conjunto de nanopartículas coloidales es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados más grandes que el tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una nanopartícula.the absolute value of the surface electric potential created by the motive of charges is greater than or equal to a first threshold of surface electric potential that depends on the nature of the polarizable nanoparticles, and such that at least the first layer of the colloidal nanoparticle set It is compact in terms of the absence of unwanted gaps larger than the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle.
Según realizaciones particulares, la micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales tiene una o más de las características siguientes:According to particular embodiments, the micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles has one or more of the following characteristics:
el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie creado por el motivo de cargas es mayor o igual que un tercer umbral que depende de la naturaleza de las nanopartículas polarizables y de tal manera que el montaje es en multicapa.The absolute value of the electric surface potential created by the motive of charges is greater than or equal to a third threshold that depends on the nature of the polarizable nanoparticles and in such a way that the assembly is multilayer.
La invención también tiene por objeto una micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales de dos tipos diferentes que comprenden en forma de un montaje binarioThe invention also aims at a micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles of two different types comprising in the form of a binary assembly
un sustrato electret constituido por un material electret y que tiene una superficie de recepción libre,an electret substrate consisting of an electret material and having a free reception surface,
un primer montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del primer tipo, fijadas al sustrato electret, en el que el sustrato electret comprende un potencial eléctrico de superficie inscrito en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo predeterminado de cargas eléctricas que tiene un primer signo y que tiene un segundo signo opuesto al primer signo, estando compuesto el motivo de carga de un primer submotivo de cargas del primer signo y un segundo motivo de carga del segundo signo, ya first monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles of the first type, fixed to the electret substrate, in which the electret substrate comprises an electrical surface potential inscribed on the receiving surface of the electret substrate according to a predetermined motive of electrical charges having a first sign and having a second sign opposite the first sign, the motive of loading of a first submotive of charges of the first sign and a second reason of loading of the second sign being composed, and
las nanopartículas del primer tipo que forman el primer conjunto de monocapa o multicapa se cargan ya sea eléctricamente según el segundo signo y se unen al sustrato electret por la acción de las fuerzas culombianas creadas por la interacción existente entre las nanopartículas del primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret, ya sea sustancialmente neutras y eléctricamente polarizables y unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción existente entre las nanopartículas del primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret, y the nanoparticles of the first type that form the first set of monolayer or multilayer are charged either electrically according to the second sign and are joined to the electret substrate by the action of the coulombian forces created by the interaction between the nanoparticles of the first type and the potential of surface of the first submotive of charges inscribed in the electret substrate, either substantially neutral and electrically polarizable and joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between the nanoparticles of the first type and the surface potential of the first load submotive inscribed in the electret substrate, and
las nanopartículas coloidales del segundo tipo que forman el segundo conjunto de monocapa o multicapa, son sensiblemente neutras y eléctricamente polarizables por la acción de un campo eléctrico externo, se unen entre sí y/o al sustrato por la acción de las fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción existente entre las nanopartículas del segundo tipo y el potencial de superficie del segundo submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret, ycolloidal nanoparticles of the second type that form the second set of monolayer or multilayer, are substantially neutral and electrically polarizable by the action of an external electric field, are joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from of the interaction between the nanoparticles of the second type and the surface potential of the second submotive of charges inscribed in the electret substrate, and
el segundo submotivo de cargas eléctricas del segundo signo inscrito en el sustrato electret corresponde a la forma geométrica del segundo conjunto de nanopartículas monocapa o multicapa, ythe second submotive of electric charges of the second sign inscribed on the electret substrate corresponds to the geometric shape of the second set of monolayer or multilayer nanoparticles, and
el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie creado por el motivo de cargas es mayor que un primer umbral de potencial eléctrico de superficie que depende de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, y de tal manera que al menos la primera capa del segundo conjunto de nanopartículas coloidales es compacta en cuanto a la ausencia de huecos no deseados de tamaños más mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente al tamaño de una nanopartícula.The absolute value of the surface electric potential created by the motive of charges is greater than a first threshold of surface electric potential that depends on the nature of the polarizable nanoparticles, and in such a way that at least the first layer of the second set of nanoparticles Colloidal is compact in the absence of unwanted gaps of sizes larger or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle.
Según realizaciones particulares, la micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales de dos tipos diferentes tiene una o más de las características siguientes:According to particular embodiments, the micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles of two different types has one or more of the following characteristics:
- las nanopartículas del primer tipo y las nanopartículas del segundo tipo tienen respectivamente un primer tamaño y un segundo tamaño, y- nanoparticles of the first type and nanoparticles of the second type respectively have a first size and a second size, and
el primer y segundo conjuntos poseen respectivamente un primer número y un segundo número de capas, y el producto del primer número de capas por el primer tamaño y el producto del segundo número de capas por el segundo tamaño son sustancialmente iguales, ythe first and second sets respectively have a first number and a second number of layers, and the product of the first number of layers by the first size and the product of the second number of layers by the second size are substantially equal, and
las formas del primer y segundo submotivos de tensión por lo que se refiere a codificación de intensidad, signo del potencial en la superficie de recepción del sustrato electret se configuran de modo que la primera y segunda formas geométricas respectivamente del primer conjunto y del segundo conjunto sean formas conjugadas y tengan sustancialmente la misma altura con respecto a la superficie de recepción del sustrato, haciendo así la forma geométrica del primer conjunto y la forma geométrica del segundo conjunto indetectables por separado topográficamente por AFM y/o por microscopía óptica usando iluminación en el espectro visible; ythe forms of the first and second voltage submotives in terms of intensity coding, sign of the potential on the receiving surface of the electret substrate are configured so that the first and second geometric shapes respectively of the first set and the second set are conjugate forms and have substantially the same height with respect to the substrate receiving surface, thus making the geometric shape of the first set and the geometric shape of the second set undetectable separately topographically by AFM and / or by optical microscopy using spectrum illumination visible; Y
- las nanopartículas del primer tipo tienen la propiedad de convertir una radiación en un espectro del infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en primer espectro visible, y las nanopartículas del segundo tipo tienen la propiedad de convertir la misma radiación en el espectro infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en un segundo espectro visible, siendo el primer espectro visible diferente del segundo espectro visible.- nanoparticles of the first type have the property of converting a radiation in a near-infrared (NIR) spectrum into a visible first-spectrum radiation, and nanoparticles of the second type have the property of converting the same radiation into the near-infrared spectrum ( NIR) in a radiation in a second visible spectrum, the first visible spectrum being different from the second visible spectrum.
La invención tiene asimismo por objeto una etiqueta de marcaje anti-imitación y/o trazabilidad y/o autentificación que comprende una micro/nano estructura de nanopartículas coloidales tal como se definió anteriormente u obtenida por el procedimiento tal como se definió anteriormente.A subject of the invention is also an anti-imitation and / or traceability and / or authentication label tag comprising a micro / nano colloidal nanoparticle structure as defined above or obtained by the process as defined above.
La invención se comprenderá mejor y otras ventajas de la misma aparecerán más claramente al leer la siguiente descripción de varias realizaciones de la invención, que se ofrecen únicamente a modo de ejemplo y se hacen con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly upon reading the following description of various embodiments of the invention, which are offered by way of example only and are made with reference to the accompanying drawings, in which:
- La figura 1 es una vista de un procedimiento de fabricación de una micro/nano estructura según la invención; - la figura 2 es una vista por microscopia de fuerza Kelvin (KFM) de una serie de líneas de cargas eléctricas negativas y positivas inyectadas en un sustrato electret;- Figure 1 is a view of a method of manufacturing a micro / nano structure according to the invention; - Figure 2 is a Kelvin force microscopy (KFM) view of a series of negative and positive electrical charge lines injected into an electret substrate;
- las figuras 3 y 4 son imágenes AFM y de microscopía electrónica de barrido (SEM) de montajes de nanopartículas desarrollados según los motivos de cargas descritos en la figura 2 a dos concentraciones respectivas Co y Co/40; - la figura 5 es una vista de la relación existente entre la altura de los montajes de nanopartículas neutras polarizables y el valor absoluto del potencial de superficie de los motivos de cargas inscritos, para diferentes concentraciones de una misma dispersión coloidal;- Figures 3 and 4 are AFM and scanning electron microscopy (SEM) images of nanoparticle assemblies developed according to the loading motifs described in Figure 2 at two respective concentrations Co and Co / 40; - Figure 5 is a view of the relationship between the height of the polarizable neutral nanoparticle assemblies and the absolute value of the surface potential of the motifs of inscribed charges, for different concentrations of the same colloidal dispersion;
- la figura 6 es una vista topográfica de un montaje dirigido formado por nanopartículas cargadas;- Figure 6 is a topographic view of a directed assembly formed by charged nanoparticles;
- la figura 7 es una vista de la correlación existente entre la altura de los montajes de nanopartículas luminiscentes neutras polarizables y la intensidad relativa de luminiscencia;- Figure 7 is a view of the correlation between the height of the polarizable neutral luminescent nanoparticle assemblies and the relative intensity of luminescence;
- la figura 8 es un conjunto de una vista topográfica AFM y de una vista codificada en intensidad de luminiscencia de un montaje tridimensional de nanopartículas coloidales neutras y polarizables;- Figure 8 is a set of an AFM topographic view and a luminous intensity coded view of a three-dimensional assembly of neutral and polarizable colloidal nanoparticles;
- la figura 9 es un diagrama de flujo de un procedimiento según la invención de fabricación de un montaje dirigido de nanopartículas de un mismo tipo; - Figure 9 is a flow chart of a process according to the invention of manufacturing a directed assembly of nanoparticles of the same type;
- las figuras 10, 11, 12 son vistas de diferentes fases de la realización de un montaje binario de dos tipos de nanopartículas, respectivamente, la imagen KFM de un motivo de cargas compuesto por un primer submotivo y por un segundo submotivo de cargas de signos opuestos y formas conjugadas, la imagen topográfica AFM del desarrollo del primer submotivo, y la imagen topográfica AFM del desarrollo de todo el motivo en el que el límite del primer y segundo submotivos es indetectable;- Figures 10, 11, 12 are views of different phases of the realization of a binary assembly of two types of nanoparticles, respectively, the KFM image of a motif of charges composed of a first submotive and a second submotive of sign loads opposites and conjugate forms, the topographic image AFM of the development of the first submotive, and the topographic image AFM of the development of the entire motive in which the limit of the first and second submotives is undetectable;
- las figuras 13, 14, 15 son las cartografías de fotoluminescencia de los montajes de la figura 12, adaptados respectivamente al espectro óptico de los dos submotivos, al espectro óptico del primer submotivo solo, y al espectro del segundo submotivo solo;- Figures 13, 14, 15 are the photoluminescence cartographies of the assemblies of Figure 12, respectively adapted to the optical spectrum of the two submotives, to the optical spectrum of the first submotive alone, and to the spectrum of the second submotive alone;
- la figura 16 es un diagrama de flujo de una primera realización de fabricación de un montaje binario según la invención;- Figure 16 is a flow chart of a first embodiment of manufacturing a binary assembly according to the invention;
- la figura 17 es una vista de un sello, utilizado para registrar en paralelo y sucesivamente las cargas de un primer signo, luego las cargas de un segundo signo, o las cargas del mismo tipo pero con densidades diferentes;- Figure 17 is a view of a seal, used to register in parallel and successively the charges of a first sign, then the charges of a second sign, or the charges of the same type but with different densities;
- la figura 18 es un diagrama de flujo de una segunda realización de fabricación de un montaje binario según la invención;- Figure 18 is a flow chart of a second embodiment of manufacturing a binary assembly according to the invention;
- la figura 19 es una vista por microscopia óptica de un código tridimensional QR (en inglés respuesta rápida) realizado por un procedimiento de la invención.- Figure 19 is an optical microscopy view of a three-dimensional QR code (in English rapid response) performed by a method of the invention.
Según la figura 1, un procedimiento 2 en nanoxerografía por microscopia de fuerza atómica AFM, que se utiliza para ensamblar de manera dirigida nanocristales coloidales p- NaYF4, estabilizados por oleatos y dopados con lantánidos a partir de sus dispersiones en hexano, comprende una primera etapa 4, una segunda etapa 6 y una tercera etapa 8, ejecutadas sucesivamente.According to Figure 1, a procedure 2 in atomic force microscopy nanoxerography AFM, which is used to assemble p-NaYF4 colloidal nanocrystals, stabilized by oleates and doped with lanthanides from their hexane dispersions, comprises a first stage 4, a second stage 6 and a third stage 8, executed successively.
En la primera etapa 4, los motivos 10 de cargas eléctricas se inscriben, inyectando sucesivamente siguiendo los puntos, cargas positivas y/o negativas en una superficie de recepción 12 de un sustrato electret 14, aquí una película de polimetacrilato de metilo (PMMA) de 100 nanómetros de espesor, con ayuda de una punta AFM 16, polarizada en condiciones ambientales y alimentada por un generador de tensión 18.In the first stage 4, the motifs 10 of electric charges are inscribed, injecting successively following the points, positive and / or negative charges on a receiving surface 12 of an electret substrate 14, here a methyl polymethacrylate (PMMA) film of 100 nanometers thick, with the help of an AFM 16 tip, polarized under ambient conditions and powered by a voltage generator 18.
La primera etapa 4 se ejecuta durante un periodo de escritura, comprendido normalmente entre unos pocos segundos y unos pocos minutos, y dependiendo de la complejidad de los motivos de carga apuntados.The first stage 4 is executed during a writing period, usually between a few seconds and a few minutes, and depending on the complexity of the loading motifs pointed out.
En la segunda etapa 6, el sustrato electret 14, cuya superficie de recepción 12 está inscrita por los motivos 10 de cargas eléctricas, se pone en contacto durante un período de contacto, en este caso igual a 30 segundos, con una dispersión 20 de los nanocristales coloidales 22, dispersados en el disolvente 24, en este caso hexano.In the second stage 6, the electret substrate 14, whose reception surface 12 is inscribed for the reasons 10 of electric charges, is contacted for a period of contact, in this case equal to 30 seconds, with a dispersion 20 of the colloidal nanocrystals 22, dispersed in solvent 24, in this case hexane.
La puesta en contacto representada en la Figura 1 se lleva a cabo en este caso mediante una inmersión total del sustrato electret durante un período de incubación en la dispersión 20.The contacting shown in Figure 1 is carried out in this case by a total immersion of the electret substrate during a period of incubation in the dispersion 20.
Alternativamente, la puesta en contacto se lleva a cabo depositando una gota del disolvente dispersante sobre la superficie de recepción inscrita por los motivos de carga eléctrica durante un período de incubación. Esta variante se realiza con la condición de que la superficie de los motivos tenga un tamaño compatible con el tamaño de la gota de solvente y que el disolvente no sea demasiado volátil.Alternatively, the contacting is carried out by depositing a drop of the dispersing solvent on the inscribed receiving surface for reasons of electric charge during an incubation period. This variant is made with the condition that the surface of the motifs has a size compatible with the size of the solvent drop and that the solvent is not too volatile.
Alternativamente, el disolvente dispersante se reemplaza por un gas dispersante no polarizador.Alternatively, the dispersing solvent is replaced by a non-polarizing dispersing gas.
En la tercera etapa 8, el sustrato electret 14 sobre el cual se han depositado los nanocristales en forma de motivos lineales 26, se seca en condiciones ambientales, es decir, a una presión de aproximadamente una atmósfera y una temperatura próxima a los 25°C.In the third stage 8, the electret substrate 14 on which the nanocrystals have been deposited in the form of linear motifs 26, is dried under ambient conditions, that is, at a pressure of approximately one atmosphere and a temperature close to 25 ° C .
Según la figura 2, una cartografía de potencial de superficie 50 observada por Microscopia de Fuerza Kelvin (KFM) comprende una secuencia 52 de 12 líneas 54 de potencial de superficie creciente algebraicamente de izquierda a derecha en la figura 2, las líneas 54 de potencial de superficie están numeradas del 1 al 12 yendo hacia la derecha de la figura 2.According to Figure 2, a surface potential mapping 50 observed by Kelvin Force Microscopy (KFM) comprises a sequence 52 of 12 lines 54 of algebraically increasing surface potential from left to right in Figure 2, lines 54 of potential for surface are numbered from 1 to 12 going to the right of figure 2.
Las primeras seis líneas 1 a 6 de potencial de superficie corresponden a las cargas negativas registradas y las últimas seis líneas 7 a 12 del potencial de superficie corresponden a las cargas positivas registradas.The first six lines 1 to 6 of surface potential correspond to the negative charges recorded and the last six lines 7 to 12 of the surface potential correspond to the positive charges recorded.
Las líneas 54 de potencial de superficie corresponden a líneas registradas durante el etapa 4 de la figura 1 por la técnica AFM que utiliza impulsos de voltaje que van desde -85 V a 85 V.The surface potential lines 54 correspond to lines recorded during step 4 of Figure 1 by the AFM technique that uses voltage pulses ranging from -85 V to 85 V.
Cabe señalar que la etapa de escritura 4 de cargas eléctricas no cambia la topografía de la película electret PMMA. Según las figuras 3 y 4, se evalúan y representan los efectos del potencial de superficie de las unidades de motivos de carga y de la concentración de los nanocristales coloidales p-NaYF4: Er3+, Yb3+ dispersados en hexano, sobre las morfologías de los montajes de nanocristales obtenidos por el procedimiento 2 de la figura 1. It should be noted that the writing stage 4 of electric charges does not change the topography of the PMMA electret film. According to Figures 3 and 4, the effects of the surface potential of the units of loading motifs and the concentration of the colloidal nanocrystals p-NaYF4: Er3 +, Yb3 + dispersed in hexane, on the morphologies of the assemblies are evaluated and represented. nanocrystals obtained by the procedure 2 of figure 1.
En las figuras 3 y 4, se ha utilizado la misma cartografía de potencial de superficie que se describe en la figura 2. En las figuras 3 y 4, nanocristales p-NaYF4: Er3+, Yb3+, de alta conversión en el verde, de forma esférica y de 22 nanómetros de diámetro, dispersados en hexano, se utilizan durante el etapa 6 de la figura 1, a dos concentraciones respectivamente diferentes, a Co igual a 7,8 * 1012 NC/ml en la figura 3, y a Co/40 = 1,9 ^ 1011 NC/ml en la figura 4. Cada una de las figuras 3 y 4 comprende respectivamente una imagen topográfica AFM 60, 62 del montaje dirigido correspondiente de nanocristales, un análisis de la sección transversal correspondiente 70, 72 y dos imágenes por microscopia de barrido electrónico SEM 80, 82, 90, 92 del montaje de las nanopartículas en dos líneas de cargas representativas, las líneas numeradas 8 y 11.In Figures 3 and 4, the same surface potential mapping as described in Figure 2 has been used. In Figures 3 and 4, p-NaYF4 nanocrystals: Er3 +, Yb3 +, high conversion in green, so spherical and 22 nanometers in diameter, dispersed in hexane, are used during step 6 of Figure 1, at two respectively different concentrations, at Co equal to 7.8 * 1012 NC / ml in Figure 3, and Co / 40 = 1.9 ^ 1011 NC / ml in Figure 4. Each of Figures 3 and 4 respectively comprises an AFM 60, 62 topographic image of the corresponding directed nanocrystal assembly, an analysis of the corresponding cross-section 70, 72 and two SEM 80, 82, 90, 92 scanning electron microscopy images of the assembly of the nanoparticles in two lines of representative charges, lines numbered 8 and 11.
Según la figura 3, cuando los motivos de carga se desarrollan utilizando nanocristales de NaYF4 en la concentración de C0, que es lo suficientemente alta como para considerar la dispersión como una deposición infinita de nanocristales coloidales, se forman al mismo tiempo montajes multicapa y compactos de nanopartículas en las líneas de cargas positivas y negativas, cuya altura media aumenta progresivamente con el valor absoluto del potencial de superficie de los motivos de cargas.According to Figure 3, when loading motifs are developed using NaYF4 nanocrystals in the concentration of C0, which is high enough to consider dispersion as an infinite deposition of colloidal nanocrystals, multilayer and compact assemblies of nanoparticles in the lines of positive and negative charges, whose average height increases progressively with the absolute value of the surface potential of the motifs of charges.
Según la figura 4, cuando la concentración de la dispersión de las nanopartículas disminuye por un factor de 40, es decir es igual a C0/40, solo se forman montajes monocapa de nanocristales en las líneas de cargas positivas y negativas, independientemente de sus potenciales de superficie. Sin embargo, un aumento de la densidad de los nanocristales tiene lugar cuando aumenta el valor absoluto del potencial de superficie de las líneas de cargas.According to Figure 4, when the concentration of the nanoparticle dispersion decreases by a factor of 40, that is to say C0 / 40, only monolayer assemblies of nanocrystals are formed in the lines of positive and negative charges, regardless of their potential Of surface. However, an increase in the density of nanocrystals occurs when the absolute value of the surface potential of the load lines increases.
Como se muestra en las imágenes SEM 90, 92, estos montajes monocapa de nanocristales coloidales forman islotes de nanopartículas coloidales en la imagen 90 que corresponde a una línea 8 de cargas que tienen un potencial de superficie estrictamente inferior a un determinado umbral, y forman un grupo compacto de nanopartículas coloidales comprimidas en la imagen 92, que corresponde a una línea 11 de cargas que tienen un potencial de superficie mayor o igual a dicho umbral determinado.As shown in images SEM 90, 92, these monolayer assemblies of colloidal nanocrystals form islets of colloidal nanoparticles in image 90 corresponding to a line 8 of charges that have a surface potential strictly below a certain threshold, and form a compact group of colloidal nanoparticles compressed in image 92, which corresponds to a line 11 of charges having a surface potential greater than or equal to said determined threshold.
Según la Figura 5, existe una relación de dependencia lineal entre la altura promedio de los montajes de nanocristales coloidales y el valor absoluto del potencial de superficie de las líneas de cargas, así como la concentración de nanocristales coloidales. La altura media observada de los montajes de nanocristales coloidales obtenidos para concentraciones de nanocristales mayores o iguales a C0 corresponde bien a la altura calculada teóricamente para un relleno compacto de nanocristales dispuestos en una disposición de malla cúbica centrada en la cara o una disposición de malla hexagonal, estando representadas estas alturas teóricas por líneas de puntos finos 102. La altura de los montajes se puede controlar y dirigir desde una altura de aproximadamente 25 nm, correspondiente a una monocapa de nanocristales coloidales NaYF4 hasta una altura máxima de 350 nm correspondiente a quince capas de nanocristales coloidales NaYF4 debido a la limitación del potencial de superficie inscrito en este caso. La concentración mínima de nanocristales coloidales necesarios para obtener la altura máxima para un potencial de carga dado es de 3,9 * 1012 NC/ml en este caso.According to Figure 5, there is a relationship of linear dependence between the average height of colloidal nanocrystal assemblies and the absolute value of the surface potential of the load lines, as well as the concentration of colloidal nanocrystals. The observed average height of colloidal nanocrystal assemblies obtained for concentrations of nanocrystals greater than or equal to C0 corresponds well to the height calculated theoretically for a compact filling of nanocrystals arranged in a cubic mesh arrangement centered on the face or a hexagonal mesh arrangement , these theoretical heights being represented by fine dotted lines 102. The height of the assemblies can be controlled and directed from a height of approximately 25 nm, corresponding to a monolayer of NaYF4 colloidal nanocrystals to a maximum height of 350 nm corresponding to fifteen layers of NaYF4 colloidal nanocrystals due to the limitation of the inscribed surface potential in this case. The minimum concentration of colloidal nanocrystals necessary to obtain the maximum height for a given load potential is 3.9 * 1012 NC / ml in this case.
Cabe señalar que la evolución de la altura promedio de los montajes de nanopartículas coloidales en función del potencial de superficie de las líneas de cargas es sustancialmente simétrica de los dos lados positivo y negativo del eje del potencial. En otros términos, la altura del montaje de nanopartículas coloidales depende del valor absoluto del potencial de superficie de las líneas de carga y no depende de su signo. Esto indica que los nanocristales coloidales de NaYF4, casi eléctricamente neutros han sido polarizados eléctricamente por la acción del gradiente de campo eléctrico, no uniforme y creado por los motivos de carga inscritos, y están atrapados por estos motivos por la acción de fuerzas dielectroforéticas únicamente.It should be noted that the evolution of the average height of colloidal nanoparticle assemblies as a function of the surface potential of the load lines is substantially symmetric of the two positive and negative sides of the potential axis. In other words, the mounting height of colloidal nanoparticles depends on the absolute value of the surface potential of the load lines and does not depend on their sign. This indicates that the almost electrically neutral NaYF4 colloidal nanocrystals have been electrically polarized by the action of the electric field gradient, not uniform and created by the inscribed charging motifs, and are trapped by these motives by the action of dielectrophoretic forces only.
La figura 6 comprende una imagen topográfica AFM 110 y una gráfica 112 de dos secciones transversales, correspondiente respectivamente a un motivo registrado de cargas negativas rectangulares situado en la mitad superior de la figura 6 y a un motivo registrado de cargas positivas rectangulares situado en la mitad parte inferior de la figura 6.Figure 6 comprises a topographic image AFM 110 and a graph 112 of two cross sections, corresponding respectively to a registered motif of rectangular negative charges located in the upper half of Figure 6 and a registered motif of rectangular positive charges located in the middle part bottom of figure 6.
Según la figura 6 y de una manera diferente a la descrita en las figuras 1 a 5, una solución de nanocristales coloidales p-NaYF4: E r3+, Yb 3+cargados positivamente y dispersados en agua a una concentración de 1,0 x 1013 NC/ml permite obtener montajes dirigidos monocapas de nanocristales coloidales depositados solo en los motivos con carga negativa (es decir, con carga opuesta a los nanocristales), en este caso un solo motivo 114 en la figura 6, independientemente del potencial de superficie de los motivos de carga o de la concentración de nanocristales coloidales. El montaje de los nanocristales coloidales en este caso es impulsado exclusivamente por fuerzas culombianas, es decir, una atracción de nanocristales coloidales en el motivo de cargas opuestas y una repulsión de nanocristales coloidales del motivo de las mismas cargas. En contraste con la invención, estos montajes nunca se organizan en estructuras compactas de nanopartículas coloidales estrechamente compactadas, debido a fuerzas de repulsión electrostáticas existentes entre los nanocristales cargados.According to Figure 6 and in a different way from that described in Figures 1 to 5, a solution of colloidal nanocrystals p-NaYF4: E r3 +, Yb 3 + positively charged and dispersed in water at a concentration of 1.0 x 1013 NC / ml makes it possible to obtain directed monolayers of colloidal nanocrystals deposited only on the negatively charged motifs (i.e., with opposite charge to the nanocrystals), in this case a single motif 114 in Figure 6, regardless of the surface potential of the motifs loading or concentration of colloidal nanocrystals. The assembly of colloidal nanocrystals in this case is driven exclusively by culombian forces, that is, an attraction of colloidal nanocrystals in the motive of opposite charges and a repulsion of colloidal nanocrystals of the motif of the same charges. In contrast to the invention, these assemblies are never organized into compact structures of closely compacted colloidal nanoparticles, due to electrostatic repulsion forces between charged nanocrystals.
Por lo tanto, según la invención, la densidad de nanopartículas coloidales en los motivos de cargas varía y se regula en función del potencial de superficie de los motivos de cargas y de la concentración de nanopartículas neutras eléctricamente polarizables. Therefore, according to the invention, the density of colloidal nanoparticles in the charge motifs varies and is regulated according to the surface potential of the charge motifs and the concentration of electrically polarizable neutral nanoparticles.
Los resultados relacionados con la invención, como los descritos anteriormente, indican que, en general, un montaje de nanocristales coloidales p-NaYF4, sustancialmente neutros y eléctricamente polarizables, dirigidos a partir de fuerzas electrostáticas desde su dispersión hasta los motivos de cargas está gobernado por (i) el potencial de superficie del motivo de cargas, (ii) la concentración de los nanocristales en la dispersión y (iii) la polaridad del disolvente de dispersión.The results related to the invention, such as those described above, indicate that, in general, a substantially neutral and electrically polarizable p-NaYF4 colloidal nanocrystals assembly, directed from electrostatic forces from their dispersion to the motifs of charges, is governed by (i) the surface potential of the loading motif, (ii) the concentration of the nanocrystals in the dispersion and (iii) the polarity of the dispersion solvent.
Estos resultados no se limitan a los nanocristales p-NaYF4 y pueden generalizarse a una lista más amplia de nanopartículas coloidales. La formación de montajes multicapa de nanopartículas no se limita a nanopartículas p-NaYF4. Por ejemplo, también se pueden obtener montajes multicapa para nanopartículas de oro dispersadas en dispersiones de hexano.These results are not limited to p-NaYF4 nanocrystals and can be generalized to a broader list of colloidal nanoparticles. The formation of multilayer nanoparticle assemblies is not limited to p-NaYF4 nanoparticles. For example, multilayer assemblies can also be obtained for gold nanoparticles dispersed in hexane dispersions.
La figura 7 comprende una imagen topográfica AFM 200 de seis montajes de nanocristales de p-NaYF4 Er3+, Yb3+ neutros y polarizables de diferentes alturas, y una gráfica 201 de la evolución de la intensidad de la fotoluminiscencia en función de la altura de estos montajes de nanocristales fotoluminiscentes.Figure 7 comprises a topographic image AFM 200 of six nanocrystals assemblies of p-NaYF4 Er3 +, Yb3 + neutral and polarizable of different heights, and a graph 201 of the evolution of the intensity of the photoluminescence as a function of the height of these mounts of photoluminescent nanocrystals.
Según la Figura 7, se ilustra así la relación de dependencia existente entre la altura de seis conjuntos 202, 204, 206, 208, 210, 212 de nanocristales coloidales p-NaYF4 Er3+, Yb3+ y su propiedad de luminiscencia.According to Figure 7, the relationship of dependence between the height of six sets 202, 204, 206, 208, 210, 212 of colloidal nanocrystals p-NaYF4 Er3 +, Yb3 + and its luminescence property is illustrated.
Los montajes 202, 204, 206, 208, 210, 212 son montajes de nanocristales coloidales p-NaYF4 Er3+, Yb3+ dirigidos en motivos de carga inscritos en cuadrados de 5pm x 5pm cuyos potenciales de superficie aumentan de izquierda a derecha en la imagen 200 de la figura 7. Por consiguiente, la altura de los montajes 202, 204, 206, 208, 210, 212 varía de 20 nm a 280 nm. La luminiscencia que resulta de la alta conversión de los montajes de nanopartículas cuando son excitados por un diodo láser de portador continuo de 980 nm de longitud de onda corresponde a la obtenida a partir de dispersiones que utilizan hexano como disolvente dispersante. Como se representa en el gráfico 201 de la figura 7, la intensidad de luminiscencia de la alta conversión en el verde visible (correspondiente a una longitud de onda de 525/545 nm) de los montajes de nanocristales coloidales aumenta progresivamente en función de su altura. Claramente, la intensidad de luminiscencia resultante de la alta conversión aumente cuando el número de emisores, formados por los nanocristales, aumenta.Assemblies 202, 204, 206, 208, 210, 212 are assemblies of colloidal nanocrystals p-NaYF4 Er3 +, Yb3 + directed on loading motifs inscribed in squares of 5pm x 5pm whose surface potentials increase from left to right in image 200 of Figure 7. Accordingly, the height of the mounts 202, 204, 206, 208, 210, 212 varies from 20 nm to 280 nm. The luminescence resulting from the high conversion of nanoparticle assemblies when excited by a continuous carrier laser diode of 980 nm wavelength corresponds to that obtained from dispersions using hexane as dispersant solvent. As shown in Figure 201 of Figure 7, the luminescence intensity of the high conversion in the visible green (corresponding to a wavelength of 525/545 nm) of colloidal nanocrystal mounts increases progressively as a function of their height . Clearly, the luminescence intensity resulting from the high conversion increases when the number of emitters, formed by the nanocrystals, increases.
El control ofrecido por la nanoxerografía AFM en la arquitectura del montaje, por lo que se refiere a cualquier forma geométrica deseada del o de los motivos y de la altura del montaje, lo convierte en una técnica adecuada para la construcción de etiquetas contra la falsificación y/o trazabilidad y/o autentificación. La función de lucha contra la falsificación de una etiqueta cuando la etiqueta está provista de dicha función tiene uno o más niveles de seguridad elevada.The control offered by the AFM nanoxerography in the architecture of the assembly, as regards any desired geometric shape of the motif or the height and height of the assembly, makes it a suitable technique for the construction of labels against counterfeiting and / or traceability and / or authentication. The anti-counterfeit function of a label when the label is provided with said function has one or more high levels of security.
Según la figura 8, se proporcionan una imagen topográfica 250 por microscopia AFM y una imagen óptica de luminiscencia 252 de un montaje 254 multicapa tridimensional de nanocristales coloidales, que presenta la forma original de un "Smiley".According to Figure 8, a topographic image 250 is provided by AFM microscopy and an optical luminescence image 252 of a multilayer three-dimensional assembly 254 of colloidal nanocrystals, which has the original shape of a "Smiley".
Los nanocristales coloidales del montaje 254 son nanopartículas coloidales p-NaYF4:Er3+, Yb3de 22 nm de diámetro y estabilizadas en oleato. Los nanocristales se depositan en un motivo de carga que tiene la forma de "Smiley". En este montaje, la altura del contorno y la altura de los rasgos característicos de la cara del "Smiley" son respectivamente iguales a 100 nm y 350 nm.The colloidal nanocrystals of assembly 254 are p-NaYF4 colloidal nanoparticles: Er3 +, Yb3 22 nm in diameter and stabilized in oleate. The nanocrystals are deposited in a loading motif that has the form of "Smiley". In this assembly, the height of the contour and the height of the characteristic features of the face of the "Smiley" are respectively equal to 100 nm and 350 nm.
Según la figura 8, se proporcionan una curva 260 de la evolución de la intensidad de luminiscencia del montaje 254 a lo largo de una línea de corte indicada por 262 en la imagen de fotoluminiscencia 252, y una curva 264 de la altura del montaje a lo largo de la misma línea de corte correspondiente indicada por 266 en la imagen topográfica AFM 250.According to Fig. 8, a curve 260 of the evolution of the luminescence intensity of the assembly 254 is provided along a cut line indicated by 262 in the photoluminescence image 252, and a curve 264 of the height of the assembly at along the same corresponding cut line indicated by 266 in the topographic image AFM 250.
Las intensidades relativas de luminiscencia de conversión emitidas desde las diferentes partes del montaje están muy bien correlacionadas con la altura medida por el análisis de la sección transversal de la imagen topográfica AFM según la curva 264.The relative intensities of conversion luminescence emitted from the different parts of the assembly are very well correlated with the height measured by the cross-sectional analysis of the AFM topographic image according to curve 264.
En general y según la figura 9, un procedimiento 300 de fabricación de una micro/nano estructura formada por nanopartículas coloidales que comprende un montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales fijadas sobre un sustrato electret, que tiene una forma geométrica libremente elegida y predeterminada, y al menos la primera capa de la cual es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente el tamaño de una partícula, comprende una sucesión de etapas 302, 304, 306.In general and according to Figure 9, a method 300 of manufacturing a micro / nano structure formed by colloidal nanoparticles comprising a monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles fixed on an electret substrate, which has a freely chosen and predetermined geometric shape, and at least the first layer of which is compact as regards the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a particle, comprises a succession of stages 302, 304, 306
En una primera etapa 302, se proporciona un sustrato electret, hecho de un material electret y que tiene una superficie de recepción libre.In a first stage 302, an electret substrate is provided, made of an electret material and having a free reception surface.
Después, en una segunda etapa 304, se inscribe un potencial eléctrico de superficie en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo predeterminado de cargas eléctricas del mismo signo y/o signos opuestos correspondientes al conjunto monocapa o multicapa de nanopartículas que se busca obtener. Then, in a second stage 304, an electrical surface potential is inscribed on the receiving surface of the electret substrate according to a predetermined motive of electric charges of the same sign and / or opposite signs corresponding to the monolayer or multilayer nanoparticle assembly that is sought to be obtained. .
A continuación, en una tercera etapa 306, el sustrato electret, que tiene la superficie de recepción inscrita por el potencial de superficie según el motivo deseado de cargas eléctricas, se pone en contacto con una dispersión coloidal durante un tiempo de contacto.Then, in a third stage 306, the electret substrate, which has the receiving surface inscribed by the surface potential according to the desired motive of electric charges, is contacted with a colloidal dispersion during a contact time.
La dispersión coloidal comprende nanopartículas coloidales neutras o casi neutras eléctricamente y eléctricamente polarizables por la acción de un campo eléctrico externo, y un medio dispersante en forma de un disolvente líquido o un gas que está sustancialmente desprovisto de acción de polarización eléctrica, en el que se dispersan las nanopartículas coloidales.The colloidal dispersion comprises colloidal nanoparticles neutral or almost neutral electrically and electrically polarizable by the action of an external electric field, and a dispersing medium in the form of a liquid solvent or a gas that is substantially devoid of electrical polarization action, in which disperse colloidal nanoparticles.
El valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración de nanopartículas polarizables son, respectivamente, mayores o iguales a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie y un segundo umbral de concentración, dependiendo cada uno de los cuales de la naturaleza del medio dispersante y de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, de modo que después de un tiempo de contacto suficientemente largo e inferior a 15 minutos, la micro/nano estructura obtenida es una micro/nano estructura monocapa o multicapa que tiene la forma geométrica deseada y de la cual al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente al tamaño de una nanopartícula, estando unidas las nanopartículas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas, creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie inscrito.The absolute value of the surface electric potential and the concentration of polarizable nanoparticles are, respectively, greater than or equal to a first threshold of surface electric potential and a second concentration threshold, each depending on the nature of the dispersing medium and of the nature of polarizable nanoparticles, so that after a sufficiently long contact time and less than 15 minutes, the micro / nano structure obtained is a monolayer or multilayer micro / nano structure that has the desired geometric shape and of which at least the first layer is compact in terms of the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces, created from the interaction between polar nanoparticles izables and the inscribed surface potential.
Alternativamente, el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración de nanopartículas polarizables son respectivamente mayores o iguales a un tercer umbral de potencial eléctrico de superficie y a un cuarto umbral de concentración, dependiendo cada uno de los umbrales tercero y cuarto de la naturaleza del medio dispersante y la naturaleza de las nanopartículas polarizables, de modo que después de un tiempo de contacto suficientemente largo e inferior a quince minutos, la micro/nano estructura obtenida es la micro/nano estructura multicapa que tiene la forma geométrica deseada, de la cual al menos la primera capa es compacta en cuanto a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente el tamaño de una nanopartícula, estando unidas las nanopartículas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas neutras y eléctricamente polarizables y el potencial de superficie inscrito.Alternatively, the absolute value of the surface electric potential and the concentration of polarizable nanoparticles are respectively greater than or equal to a third threshold of surface electric potential and a fourth concentration threshold, each of the third and fourth thresholds depending on the nature of the dispersing medium and the nature of the polarizable nanoparticles, so that after a sufficiently long contact time and less than fifteen minutes, the micro / nano structure obtained is the multilayer micro / nano structure having the desired geometric shape, of which at least the first layer is compact in the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between nanoparties Neutral and electrically polarizable cells and the inscribed surface potential.
Alternativamente, el montaje de nanopartículas coloidales unidas a un sustrato electret, que tiene una forma geométrica, seleccionada libremente y predeterminada, es un montaje multicapa de un número Nc de capas, cada una de cuyas capas es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente al tamaño de una nanopartícula.Alternatively, the assembly of colloidal nanoparticles attached to an electret substrate, which has a geometric shape, freely selected and predetermined, is a multilayer assembly of a number Nc of layers, each of whose layers is compact as regards the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle.
El potencial eléctrico de superficie y la concentración de nanopartículas polarizables son, respectivamente, mayores o iguales a un quinto umbral de potencial eléctrico de superficie y a un sexto umbral de concentración, dependiendo cada uno de los umbrales quinto y sexto de la naturaleza del medio dispersante, de la naturaleza de las nanopartículas polarizables y del número de capas, de modo que después de un tiempo de contacto lo suficientemente largo e inferior a 15 minutos, la micro/nano estructura obtenida es la micro/nano estructura multicapa que tiene la forma geométrica deseada, de la cual las capas son compactas, estando unidas las nanopartículas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie inscrito.The electrical surface potential and the concentration of polarizable nanoparticles are, respectively, greater than or equal to a fifth threshold of surface electrical potential and a sixth concentration threshold, each of the fifth and sixth thresholds depending on the nature of the dispersing medium, of the nature of polarizable nanoparticles and the number of layers, so that after a contact time long enough and less than 15 minutes, the micro / nano structure obtained is the multilayer micro / nano structure that has the desired geometric shape , of which the layers are compact, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the inscribed surface potential.
Las nanopartículas coloidales tienen propiedades físicas comprendidas en el conjunto formado por propiedades plasmónicas, conductoras, magnéticas, luminiscentes, catalíticas, electrocrómicas y fotocrómicas.Colloidal nanoparticles have physical properties comprised in the set consisting of plasmonic, conductive, magnetic, luminescent, catalytic, electrochromic and photochromic properties.
Por ejemplo, cada una de las nanopartículas coloidales lleva un lantánido capaz de convertir una radiación en un espectro infrarrojo próximo (NIR) en radiación en un espectro visible.For example, each of the colloidal nanoparticles carries a lanthanide capable of converting radiation in a near infrared (NIR) spectrum into radiation in a visible spectrum.
Alternativamente, la etapa de inscripción de los motivos de cargas en la superficie de recepción del sustrato electret puede realizarse opcionalmente mediante un procedimiento de inscripción sucesiva de las cargas eléctricas sobre el sustrato electret, o un procedimiento de inscripción en paralelo de cargas eléctricas en el sustrato electret.Alternatively, the step of registering the motives of charges on the receiving surface of the electret substrate can optionally be carried out by means of a successive inscription procedure of the electric charges on the electret substrate, or a parallel inscription procedure of electric charges on the substrate electret
Se incluye un procedimiento de inscripción secuencial en el conjunto formado por una inscripción de cargas eléctricas por un haz de iones enfocados, una inscripción de cargas eléctricas por un haz de electrones enfocados, una inscripción de cargas eléctricas por microscopia de fuerza atómica (AFM) y una inscripción de cargas eléctricas por electrofotografía (también llamada xerografía).A sequential inscription procedure is included in the set consisting of an inscription of electric charges by a beam of focused ions, an inscription of electric charges by a beam of focused electrons, an inscription of electric charges by atomic force microscopy (AFM) and an inscription of electric charges by electrophotography (also called xerography).
Cabe señalar que la inscripción de cargas eléctricas por microscopia de fuerza atómica (AFM) permite inscribir ventajosamente en una sola etapa ininterrumpida o en un solo paso un motivo de cargas que comprende tanto cargas positivas como cargas negativas.It should be noted that the inscription of electric charges by atomic force microscopy (AFM) allows advantageously to inscribe in a single uninterrupted stage or in a single step a charge motive comprising both positive and negative charges.
Se incluye un procedimiento de inscripción en paralelo en el conjunto formado por la nano-impresión eléctrica y el micro-contacto eléctrico. A parallel enrollment procedure is included in the set consisting of the electric nano-print and the electric micro-contact.
Alternativamente, se elige una zona de la superficie de la muestra del sustrato electret sobre el que se ha formado el montaje en la superficie de recepción del sustrato electret fuera del montaje. En esta zona de superficie seleccionada, en el momento en que la solución se pone en contacto con el sustrato cargado con las nanopartículas en una cantidad reducida, se fijan de manera fortuita e incontrolada, en forma de una estructura que resulta de un ruido de deposición que tiene una distribución poco densa por lo que se refiere a compacidad, aleatoria y dependiente de la muestra del sustrato electret sobre el que se ha formado el montaje. En una primera etapa de seguimiento, la zona de la superficie se sigue por coordenadas espaciales en un marco unido al sustrato electret. En una segunda etapa, se capta una imagen de la estructura aleatoria de las nanopartículas fijadas en la zona de la superficie seleccionada y que forman una firma. La imagen captada es opcionalmente una imagen topográfica AFM, una imagen de microscopia óptica o una imagen de fotoluminiscencia. La imagen capturada y las coordenadas espaciales del área de superficie seleccionada se guardan en una memoria de almacenamiento. o una imagen de fotoluminiscencia. La imagen captada y las coordenadas espaciales de la zona de superficie seleccionada se guardan en una memoria de almacenamiento.Alternatively, an area of the sample surface of the electret substrate on which the assembly on the receiving surface of the electret substrate outside the assembly is formed is chosen. In this selected surface area, at the moment when the solution comes into contact with the substrate loaded with the nanoparticles in a reduced amount, they are fixed in an accidental and uncontrolled manner, in the form of a structure resulting from a deposition noise. which has a little dense distribution in terms of compactness, random and dependent on the sample of the electret substrate on which the assembly has been formed. In a first monitoring stage, the surface area is followed by spatial coordinates in a frame attached to the electret substrate. In a second stage, an image of the random structure of the nanoparticles fixed in the area of the selected surface and forming a signature is captured. The captured image is optionally an AFM topographic image, an optical microscopy image or a photoluminescence image. The captured image and spatial coordinates of the selected surface area are stored in a storage memory. or a photoluminescence image. The captured image and spatial coordinates of the selected surface area are stored in a storage memory.
En general, el material electret es un material comprendido en el grupo que consiste en poli-metacrilatos de metilo (PMMA), copolímeros de olefinas cíclicas (CoC), tereftalato de polietilenos (PET), polidimetilsiloxanos (PDMS), polipropilenos (PP), policarbonatos (PC), poliestirenos (PS), cloruros de polivinilo (PVC), politetrafluoroetilenos (PFTE), sulfato de triglicina (TGS), fluoruro de polivinilideno (PVDF), nitruro de silicio (Si3N4), óxido de silicio (SiO2 ), compuesto Si3N4/SiO2/Si (n Os ).In general, the electret material is a material in the group consisting of methyl poly-methacrylates (PMMA), cyclic olefin copolymers (CoC), polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxanes (PDMS), polypropylenes (PP), polycarbonates (PC), polystyrenes (PS), polyvinyl chlorides (PVC), polytetrafluoroethylenes (PFTE), triglycine sulfate (TGS), polyvinylidene fluoride (PVDF), silicon nitride (Si3N4), silicon oxide (SiO2), compound Si3N4 / SiO2 / Si (n Os).
En general, las nanopartículas coloidales son compuestos estabilizados por sí mismos o por ligandos y/o cargas, que tienen propiedades físicas comprendidas en el conjunto formado por las propiedades plasmónicas, conductoras, magnéticas, luminiscentes, catalíticas, electrocrómicas, fotocrómicas que se han vuelto sustancialmente neutras y polarizables eléctricamente, realizadas a partir de nanopartículas coloidales básicas.In general, colloidal nanoparticles are compounds stabilized by themselves or by ligands and / or charges, which have physical properties comprised in the set consisting of plasmonic, conductive, magnetic, luminescent, catalytic, electrochromic, photochromic properties that have become substantially neutral and electrically polarizable, made from basic colloidal nanoparticles.
Las nanopartículas coloidales básicas tienen un núcleo sólido y, eventualmente, un caparazón, y se incluyen en el grupo que consiste en látex, SiO2, TiO2, ZrO2; CdS, CdSe, PbSe, GaAs, GaN, InP, In2O3, ZnS, ZnO, MoS2, Si, C, ITO, Fe2O3, Fe3O4, Co, Fe-Co, Fe3C, FesC2, Ni; Au, Ag, Cu, Pt y nanopartículas bimetálicas; WO3; NaLnF4, fluoruros de lantánidos (LnF3), óxidos de lantánidos (Ln2O3), circonatos, silicatos, hidróxidos (Ln(OH)3) y sulfuros de óxidos dopados o no con uno o varios lantánidos diferentes (indicando Ln un lantánido), mezclas de estos compuestos. Cuando el medio dispersante es un disolvente líquido no polarizador, el disolvente está comprendido en el grupo formado por pentano, isopentano, hexano, heptano, octano, nonano, decano, ciclopentano, ciclohexano, cicloheptano, ciclooctano, ciclohexeno, benceno, tolueno, metilciclohexano, xileno, mesitileno, cloroformo, cloruro de metileno, tetracloroetileno.The basic colloidal nanoparticles have a solid core and, eventually, a shell, and are included in the group consisting of latex, SiO2, TiO2, ZrO2; CdS, CdSe, PbSe, GaAs, GaN, InP, In2O3, ZnS, ZnO, MoS2, Si, C, ITO, Fe2O3, Fe3O4, Co, Fe-Co, Fe3C, FesC2, Ni; Au, Ag, Cu, Pt and bimetallic nanoparticles; WO3; NaLnF4, lanthanide fluorides (LnF3), lanthanide oxides (Ln2O3), zirconates, silicates, hydroxides (Ln (OH) 3) and sulfides of oxides doped or not with one or several different lanthanides (indicating Ln a lanthanide), mixtures of these compounds. When the dispersing medium is a non-polarizing liquid solvent, the solvent is comprised of the group consisting of pentane, isopentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclohexene, benzene, toluene, methylcyclohexane, xylene, mesitylene, chloroform, methylene chloride, tetrachlorethylene.
Cuando el medio dispersante es un gas dispersante no polarizador, el gas dispersante se incluye en el grupo formado por dinitrógeno N2, argón Ar y el aire.When the dispersing medium is a non-polarizing dispersing gas, the dispersing gas is included in the group consisting of dinitrogen N2, argon Ar and air.
Según las figuras 10, 11 y 12, la inscripción de cargas por AFM también se puede usar para realizar montajes de nanopartículas coloidales binarias con una colocación dirigida y controlada de manera precisa de dos tipos de nanopartículas coloidales. Este tipo de montaje binario ofrece un alto grado de seguridad para las marcas de trazabilidad y antifalsificación.According to Figures 10, 11 and 12, the inscription of charges by AFM can also be used to make binary colloidal nanoparticle assemblies with precisely directed and controlled placement of two types of colloidal nanoparticles. This type of binary assembly offers a high degree of safety for traceability and anti-counterfeiting marks.
Según las figuras 10, 11 y 12, se ha fabricado un montaje binario 402 utilizando un motivo de cargas 404 que comprende tanto cargas positivas como negativas, y dispersiones de nanopartículas a base de p-NaYF4, diferentes por sus cargas eléctricas, sus grados de polarizabilidad, sus concentraciones y sus bandas de emisión de alta conversión. El montaje binario 402 fabricado permite así obtener un micro motivo codificado en colores.According to Figures 10, 11 and 12, a binary assembly 402 has been manufactured using a motif of charges 404 comprising both positive and negative charges, and dispersions of nanoparticles based on p-NaYF4, different by their electrical charges, their degrees of polarizability, its concentrations and its high conversion emission bands. The binary assembly 402 manufactured thus allows to obtain a color-coded micro motif.
Según la figura 10, se proporciona una imagen KFM 405 del potencial de superficie del micromotivo 404 de cargas, que se utiliza para crear el montaje binario 402.According to Figure 10, an image KFM 405 of the surface potential of the micromotive 404 is provided, which is used to create the binary assembly 402.
El micromotivo de cargas 404 utilizado para crear el montaje binario consiste en una marca 406, en forma de un signo de interrogación cargado negativamente de 1,5 pm de ancho, en contraste con un fondo cuadrado 408 cargado positivamente de 15 pm de lado. El micromotivo 404 se ha desarrollado utilizando sucesivamente dos dispersiones diferentes de nanocristales coloidales (i) una primera dispersión de un primer tipo de nanopartículas, nanocristales núcleo/caparazón p-NaYF4:Gd3+, E r3+, Yb3+/NaYF4, de alta conversión a luz verde, cargados positivamente y dispersados en agua, y (ii) una segunda dispersión de un segundo tipo de nanopartículas, nanocristales núcleo/caparazón de p-NaYF4:Gd3+, Tm3+, Yb3+/NaYF4, de alta conversión a la luz azul, casi neutros eléctricamente y dispersados en hexano. Los dos tipos de nanocristales tienen aquí tamaños similares y ambos tipos de nanopartículas coloidales pueden ser bombeados ópticamente por una misma fuente de excitación óptica debido al hecho de que ambos tipos de nanopartículas contienen Yb3+ como agente de transferencia de energía.The micromotive of charges 404 used to create the binary assembly consists of a mark 406, in the form of a question mark negatively charged 1.5 pm wide, in contrast to a square bottom 408 positively charged 15 pm sideways. The micromotive 404 has been developed using successively two different dispersions of colloidal nanocrystals (i) a first dispersion of a first type of nanoparticles, core / shell nanocrystals p-NaYF4: Gd3 +, E r3 +, Yb3 + / NaYF4, high conversion to green light , positively charged and dispersed in water, and (ii) a second dispersion of a second type of nanoparticles, core / shell nanocrystals of p-NaYF4: Gd3 +, Tm3 +, Yb3 + / NaYF4, high conversion to blue light, almost electrically neutral and dispersed in hexane. The two types of nanocrystals have similar sizes here and both types of colloidal nanoparticles can be optically pumped by the same source of optical excitation due to the fact that both types of nanoparticles contain Yb3 + as an energy transfer agent.
Según la figura 11, una imagen topográfica AFM 412 del motivo de cargas desarrollado en primer lugar en una primera fase 414 utilizando la primera dispersión acuosa muestra las nanopartículas del primer tipo cargadas positivamente depositadas selectivamente según una monocapa en la marca del signo de interrogación 406 cargado negativamente como motivo de carga. According to Figure 11, a topographic image AFM 412 of the loading motif first developed in a first phase 414 using the first aqueous dispersion shows the positively charged first type nanoparticles selectively deposited according to a monolayer in the mark of the question mark 406 loaded negatively as a reason for charging.
Después de secar con nitrógeno y eliminar los rastros de solvente de la primera dispersión, el motivo de cargas se desarrolla en una segunda etapa utilizando la segunda dispersión que tiene hexano como solvente. Durante esta segunda etapa de desarrollo, las nanopartículas del segundo tipo, es decir, las nanopartículas de alta conversión en la luz azul, se depositan selectivamente en una monocapa, en el fondo 408, cargado positivamente con el sustrato electrolito y formando una parte del motivo de cargas. Esta selectividad proviene del hecho de que el potencial de superficie del motivo 406 correspondiente al signo de interrogación recubierto de la monocapa de las nanopartículas del primer tipo, es insuficiente para permitir una segunda deposición y una fijación de nanopartículas del segundo tipo, que poseen una concentración adaptada a este efecto.After drying with nitrogen and removing traces of solvent from the first dispersion, the loading motif is developed in a second stage using the second dispersion having hexane as solvent. During this second stage of development, the nanoparticles of the second type, that is, the high conversion nanoparticles in blue light, are selectively deposited in a monolayer, at the bottom 408, positively charged with the electrolyte substrate and forming a part of the motif of loads. This selectivity stems from the fact that the surface potential of motif 406 corresponding to the question mark coated on the monolayer of nanoparticles of the first type is insufficient to allow a second deposition and a fixation of nanoparticles of the second type, which have a concentration adapted to this effect.
Cabe señalar que el potencial de superficie del fondo con carga positiva se ha regulado finamente para la escritura de cargas en AFM para obtener una densidad de nanopartículas coloidales del segundo tipo, similar o idéntica a la de las nanopartículas del primer tipo depositadas y fijadas por fuerzas de Coulomb en la marca del signo de interrogación. Por lo tanto, la marca del signo de interrogación no puede percibirse topográficamente y distinguirse del fondo al microscopio óptico.It should be noted that the positive surface potential of the bottom with positive charge has been finely regulated for writing AFM charges to obtain a density of colloidal nanoparticles of the second type, similar or identical to that of the first type nanoparticles deposited and fixed by forces of Coulomb in the mark of the question mark. Therefore, the mark of the question mark cannot be topographically perceived and distinguished from the background under an optical microscope.
Según la figura 12, el análisis de la imagen topográfica 416 por AFM del montaje final 402 no permite detectar los límites de la marca del signo de interrogación con respecto al fondo. Por lo tanto, la información codificada en el motivo 402 está oculta o fundida eficazmente en el fondo.According to Figure 12, the analysis of the topographic image 416 by AFM of the final assembly 402 does not allow to detect the limits of the mark of the question mark with respect to the background. Therefore, the information encoded in motif 402 is effectively hidden or merged in the background.
Esta información codificada se puede encontrar posteriormente a través de imágenes de luminiscencia.This encoded information can be found later through luminescence images.
Según la figura 13, cuando se observa la marca desarrollada 430 del signo de interrogación en el espectro visible sin filtrado siendo excitada por un láser de diodo en el infrarrojo próximo NIR (en inglés Near Infrarred Radiation) de 980 nm de longitud de onda, la marca desarrollada 430 aparece más brillante que el fondo desarrollado 432, debido a un mayor rendimiento de la alta conversión para los nanocristales p-NaYF4:Gd3+, Er3+, Yb3+/NaYF4, del primer tipo (procesos de dos fotones) que el rendimiento de alta conversión para los nanocristales p-NaYF4:Gd3+, Tm3+, Yb3+/NaYF4, del segundo tipo (proceso de tres fotones).According to Figure 13, when the developed mark 430 of the question mark in the visible spectrum without filtering is observed being excited by a near infrared diode laser NIR (in English Near Infrarred Radiation) of 980 nm wavelength, the 430 developed brand appears brighter than the 432 developed background, due to higher high conversion performance for p-NaYF4 nanocrystals: Gd3 +, Er3 +, Yb3 + / NaYF4, of the first type (two photon processes) than high performance conversion for the nanocrystals p-NaYF4: Gd3 +, Tm3 +, Yb3 + / NaYF4, of the second type (three photon process).
Según las figuras 14 y 15, las emisiones de nanocristales de dos tipos se pueden separar eficazmente utilizando filtros en el visible apropiados para revelar los colores codificados en el motivo del montaje binario, respectivamente un filtro selectivo del azul (correspondiente a una longitud de onda de 485 nm) y un filtro selectivo del verde (correspondiente a una longitud de onda de 550 nm).According to Figures 14 and 15, the two types of nanocrystal emissions can be effectively separated using appropriate visible filters to reveal the colors encoded in the binary assembly motif, respectively a selective blue filter (corresponding to a wavelength of 485 nm) and a selective green filter (corresponding to a wavelength of 550 nm).
En general y según una primera realización de la figura 16, un procedimiento 502 de fabricación de una micro/nano estructura binaria, formada por dos tipos de nanopartículas coloidales, comprende un conjunto de etapas 504, 506, 508, 510 y 512, ejecutadas sucesivamente.In general and according to a first embodiment of Figure 16, a method 502 of manufacturing a binary micro / nano structure, formed by two types of colloidal nanoparticles, comprises a set of steps 504, 506, 508, 510 and 512, executed successively .
La micro/nano estructura binaria formada por dos tipos de nanopartículas coloidales comprende un primer montaje monocapa de nanopartículas coloidales del primer tipo, fijadas sobre un sustrato electret, y que tiene una primera forma geométrica, elegida y predeterminada libremente, y un segundo montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del segundo tipo, fijadas sobre un sustrato electret y que tiene una segunda forma geométrica, elegida y predeterminada libremente, y de las cuales al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes.The binary micro / nano structure formed by two types of colloidal nanoparticles comprises a first monolayer assembly of colloidal nanoparticles of the first type, fixed on an electret substrate, and having a first geometric shape, freely chosen and predetermined, and a second monolayer assembly or multilayer of colloidal nanoparticles of the second type, fixed on an electret substrate and having a second geometric shape, chosen and predetermined freely, and of which at least the first layer is compact as regards the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles.
En una primera etapa 504, se proporciona un sustrato electret, formado en un material electret y que tiene una superficie libre de recepción.In a first step 504, an electret substrate is provided, formed in an electret material and having a free reception surface.
Después, en una segunda etapa 506, un potencial eléctrico superficie se ha inscrito sucesivamente o en paralelo en la superficie de recepción del substrato electret según un motivo predeterminado de cargas eléctricas que tienen un primer signo y cargas eléctricas que tienen un segundo signo opuesto al primero. El motivo de cargas se compone de un primer submotivo de cargas del primer signo correspondientes al primer montaje monocapa de nanopartículas del primer tipo, y de un segundo submotivo de cargas del segundo signo correspondiente al segundo montaje monocapa o multicapa de nanopartículas del segundo tipo.Then, in a second stage 506, a surface electric potential has been successively or parallel inscribed on the receiving surface of the electret substrate according to a predetermined motive of electric charges having a first sign and electric charges having a second sign opposite the first . The loading motif consists of a first submotive of charges of the first sign corresponding to the first monolayer assembly of nanoparticles of the first type, and a second submotive of charges of the second sign corresponding to the second monolayer or multilayer assembly of nanoparticles of the second type.
A continuación, en una tercera etapa 508, el sustrato electret, que tiene la superficie de recepción inscrita por el potencial de superficie, se pone en contacto con una primera dispersión coloidal durante un primer tiempo de contacto.Then, in a third step 508, the electret substrate, which has the receiving surface inscribed by the surface potential, is brought into contact with a first colloidal dispersion during a first contact time.
La primera dispersión coloidal comprende nanopartículas del primer tipo cargadas eléctricamente según el segundo signo y un primer medio dispersante en forma de un disolvente líquido o un gas.The first colloidal dispersion comprises electrically charged nanoparticles of the first type according to the second sign and a first dispersing medium in the form of a liquid solvent or a gas.
El primer tiempo de contacto es suficientemente largo para permitir que se forme en el primer submotivo de cargas inscritas en el sustrato electret el primer montaje monocapa de nanopartículas del primer tipo unidas al sustrato por la acción de fuerzas electroforéticas, creadas a partir de la interacción culombiana entre las nanopartículas de primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas, hasta que se obtiene la primera forma geométrica deseada del primer montaje. The first contact time is long enough to allow the first monolayer of charges inscribed in the electret substrate to form the first monolayer assembly of nanoparticles of the first type attached to the substrate by the action of electrophoretic forces, created from the culombian interaction between the first type nanoparticles and the surface potential of the first submotive of charges, until the first desired geometric shape of the first assembly is obtained.
Después, en una cuarta etapa 510, el sustrato electret y el primer montaje, que forman juntos una microestructura intermedia de final de la tercera etapa, se secan eliminando el primer disolvente.Then, in a fourth stage 510, the electret substrate and the first assembly, which together form an intermediate microstructure at the end of the third stage, are dried by removing the first solvent.
A continuación, en una quinta etapa 512, la estructura intermedia seca se pone en contacto en una segunda dispersión coloidal durante un segundo tiempo de contacto.Then, in a fifth step 512, the dry intermediate structure is contacted in a second colloidal dispersion during a second contact time.
La segunda dispersión coloidal comprende nanopartículas coloidales del segundo tipo, neutras o casi neutras eléctricamente, polarizables eléctricamente por la acción de un campo eléctrico externo, y un segundo medio de dispersión, en forma de un disolvente líquido o de un gas, sustancialmente desprovisto de acción de polarización eléctrica, en el que se dispersan las nanopartículas coloidales del segundo tipo.The second colloidal dispersion comprises colloidal nanoparticles of the second type, electrically neutral or almost neutral, electrically polarizable by the action of an external electric field, and a second dispersion medium, in the form of a liquid solvent or a gas, substantially devoid of action of electrical polarization, in which the colloidal nanoparticles of the second type are dispersed.
El valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración de nano-partículas del segundo tipo son respectivamente mayores o iguales a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie y un segundo umbral de concentración, dependiendo el primero y segundo umbrales de la naturaleza del segundo disolvente y de la naturaleza de las nanopartículas polarizables del segundo tipo, de modo que después del segundo tiempo de contacto suficientemente largo e inferior a unos 15 minutos, el segundo montaje obtenido es el segundo montaje monocapa o multicapa que tiene la segunda forma geométrica deseada y del cual al menos la primera capa es compacta en cuanto a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, estando unidas las nanopartículas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del segundo submotivo.The absolute value of the surface electric potential and the concentration of nano-particles of the second type are respectively greater than or equal to a first threshold of surface electric potential and a second concentration threshold, the first and second thresholds depending on the nature of the second solvent and of the nature of polarizable nanoparticles of the second type, so that after the second contact time sufficiently long and less than about 15 minutes, the second assembly obtained is the second monolayer or multilayer assembly having the desired second geometric shape and of which at least the first layer is compact in the absence of unwanted gaps of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, the nanoparticles being joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from of the interaction between polarizable nanoparticles and the potential for super fiction of the second submotive.
Cuando se realiza un procedimiento de inscripción secuencial de cargas eléctricas de diferentes polaridades en el sustrato electret durante la segunda etapa, se incluye en el montaje formado por una inscripción de cargas eléctricas por un haz de iones enfocado, un inscripción de cargas eléctricas por un haz de electrones enfocado, una inscripción de cargas eléctricas por microscopia de fuerza atómica (AFM) y una inscripción de cargas eléctricas por electrofotografía (también llamada xerografía).When a sequential inscription procedure of electric charges of different polarities is carried out on the electret substrate during the second stage, it is included in the assembly formed by an inscription of electric charges by a focused ion beam, an inscription of electric charges by a beam of focused electrons, an inscription of electric charges by atomic force microscopy (AFM) and an inscription of electric charges by electrophotography (also called xerography).
Cuando se ejecuta el procedimiento de inscripción en paralelo de cargas de diferentes polaridades en el sustrato electret durante la segunda etapa, se incluye en el montaje formado por la nanoimpresión eléctrica, el microcontacto eléctrico.When the parallel inscription procedure of charges of different polarities in the electret substrate is executed during the second stage, the electrical microcontact is included in the assembly formed by the electrical nanoimpression.
En todos los casos, es posible realizar dos inyecciones sucesivas con diferentes polarizaciones eléctricas.In all cases, it is possible to perform two successive injections with different electrical polarizations.
Cabe señalar que la inscripción secuencial por nanoxerografía AFM permite ventajosamente inscribir en una sola etapa ininterrumpida o en un solo paso un motivo de cargas que comprende tanto cargas positivas como cargas negativas.It should be noted that the sequential inscription by AFM nanoxerography allows advantageously to register in a single uninterrupted stage or in a single step a motive of charges that includes both positive and negative charges.
Alternativamente, es posible realizar una inscripción paralela por microcontacto eléctrico que usa un solo sello. En este caso, se utiliza un sello flexible de dos niveles, como por ejemplo un sello 530 de material elastómero, está representado en la figura 17. El sello 530 de elastómero comprende dos niveles de motivos 532, 534, un primer 532 y un segundo 534, cuyas primera y segunda superficies asociadas 542, 544 son conductoras y están conectadas eléctricamente entre sí para formar superficies equipotenciales. La primera y la segunda superficies asociadas 542, 544 corresponden respectivamente al primer submotivo y al segundo submotivo de cargas.Alternatively, it is possible to perform a parallel registration by electric microcontact using a single seal. In this case, a two-level flexible seal is used, such as a seal 530 of elastomeric material, is represented in Figure 17. The elastomer seal 530 comprises two levels of motifs 532, 534, a first 532 and a second 534, whose first and second associated surfaces 542, 544 are conductive and electrically connected to each other to form equipotential surfaces. The first and second associated surfaces 542, 544 correspond respectively to the first submotive and the second submotive of charges.
La primera y segunda superficies 542, 542 están configuradas para ser superficies equipotenciales ya sea metalizando toda la superficie inferior del sello, los flancos de uniones de la primera y segunda superficies 542, 542 inclusive, o utilizando un sello conductor en volumen.The first and second surfaces 542, 542 are configured to be equipotential surfaces either by metallizing the entire lower surface of the seal, the flanks of joints of the first and second surfaces 542, 542 inclusive, or by using a conductive volume seal.
Cuando se realiza una inscripción en paralelo de cargas diferentes y opuestas, en primer lugar se aplica el sello al electret con una primera fuerza F1 suficiente para aplastar el segundo nivel 534 del sello elastómero, y se pone en contacto a la vez la primera superficie 542 y la segunda superficie 544 en el electret, y se efectúa una inyección de cargas con una tensión V1.When a parallel inscription of different and opposite charges is made, the seal is first applied to the electret with a first force F1 sufficient to crush the second level 534 of the elastomer seal, and the first surface 542 is brought into contact at the same time. and the second surface 544 in the electret, and an injection of charges with a voltage V1 is performed.
A continuación, al soltar, el sello se aplica al electret con una segunda fuerza F2 de menor intensidad para que solo el segundo nivel del sello elastómero, es decir, solo la segunda superficie 544 esté en contacto con el electret y una inyección de cargas se efectúe con un segundo voltaje V2 de polaridad opuesta al del primer voltaje V1 durante un tiempo suficiente para anular las cargas inscritas bajo el voltaje V1 e inscribir a continuación las cargas del segundo motivo.Then, when released, the seal is applied to the electret with a second force F2 of less intensity so that only the second level of the elastomer seal, that is, only the second surface 544 is in contact with the electret and an injection of charges is carry out with a second voltage V2 of opposite polarity to that of the first voltage V1 for a time sufficient to cancel the loads registered under the voltage V1 and then register the loads of the second reason.
En general y según una segunda realización de la figura 18, un procedimiento 602 de fabricación de una micro/nano estructura binaria, formada por dos tipos de nanopartículas coloidales, comprende un conjunto de etapas 604, 606, 608, 610, 612, 614, ejecutadas sucesivamente.In general and according to a second embodiment of Figure 18, a method 602 of manufacturing a binary micro / nano structure, formed by two types of colloidal nanoparticles, comprises a set of steps 604, 606, 608, 610, 612, 614, executed successively.
En una primera etapa 604, se proporciona un sustrato electret, constituido por un material electret y que tiene una superficie libre de recepción plana. In a first step 604, an electret substrate is provided, consisting of an electret material and having a flat free reception surface.
Después, en una segunda etapa 606, un primer potencial eléctrico de superficie se inscribe sucesivamente o en paralelo en la superficie de recepción del sustrato electret según un primer submotivo predeterminado de cargas eléctricas que tiene un primer signo, correspondiente a un primer conjunto de monocapa o multicapa de nanopartículas del primer tipo, el primer submotivo que comprende una primera parte de un motivo de cargas que incluye también un segundo submotivo predeterminado de cargas eléctricas que tiene un segundo signo opuesto al primer signo.Then, in a second stage 606, a first surface electrical potential is successively or parallelly inscribed on the receiving surface of the electret substrate according to a first predetermined submotive of electric charges having a first sign, corresponding to a first set of monolayer or multilayer of nanoparticles of the first type, the first submotive comprising a first part of a charge motif that also includes a second predetermined submotive of electric charges having a second sign opposite the first sign.
A continuación, en una tercera etapa 608, el sustrato electret, que tiene la superficie de recepción inscrita por el primer potencial de superficie, se pone en contacto con una primera dispersión coloidal durante un primer tiempo de contacto.Then, in a third step 608, the electret substrate, which has the receiving surface inscribed by the first surface potential, is brought into contact with a first colloidal dispersion during a first contact time.
La primera dispersión coloidal contiene nanopartículas del primer tipo ya sea cargadas eléctricamente según el segundo signo, o sustancialmente neutras y polarizables eléctricamente, y un primer medio dispersante en forma de un disolvente líquido o de un gas.The first colloidal dispersion contains nanoparticles of the first type either electrically charged according to the second sign, or substantially neutral and electrically polarizable, and a first dispersing medium in the form of a liquid solvent or a gas.
El primer tiempo de contacto es lo suficientemente largo para permitir que se forme en el primer submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret, el primer montaje monocapa de nanopartículas del primer tipo con la primera forma geométrica deseada. Las nanopartículas del primer conjunto están unidas al sustrato por la acción de fuerzas electroforéticas, creadas a partir de la interacción culombiana entre las nanopartículas del primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas cuando las nanopartículas del primer tipo están cargadas eléctricamente según el segundo signo, ya sea por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas, hasta que se obtenga la primera forma geométrica deseada del primer conjunto.The first contact time is long enough to allow the first monolayer assembly of nanoparticles of the first type with the first desired geometric shape to form in the first submotive of charges inscribed on the electret substrate. The nanoparticles of the first set are bound to the substrate by the action of electrophoretic forces, created from the culombian interaction between the nanoparticles of the first type and the surface potential of the first submotive of charges when the nanoparticles of the first type are electrically charged according to the second sign, either by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the surface potential of the first submotive of charges, until the first desired geometric shape of the first set is obtained.
Después, en una cuarta etapa 610, el sustrato electret y el primer montaje, formando juntos una micro/nano estructura intermedia al final de la tercera etapa, se secan.Then, in a fourth stage 610, the electret substrate and the first assembly, together forming an intermediate micro / nano structure at the end of the third stage, are dried.
En una quinta etapa 612 siguiente, se inscribe un segundo potencial eléctrico de superficie sucesivamente o en paralelo en la superficie de recepción del sustrato electret de la estructura intermedia seca y fuera de las áreas recubiertas por el primer montaje, según el segundo submotivo predeterminado de cargas eléctricas que tienen el segundo signo.In a fifth step 612 below, a second surface electrical potential is inscribed successively or in parallel on the receiving surface of the electret substrate of the dry intermediate structure and outside the areas covered by the first assembly, according to the second predetermined submotive of charges electrical that have the second sign.
Después, en una sexta etapa 614, la estructura intermedia inscrita por el segundo potencial de superficie se pone en contacto en una segunda dispersión coloidal durante un segundo tiempo de contacto.Then, in a sixth step 614, the intermediate structure inscribed by the second surface potential is contacted in a second colloidal dispersion during a second contact time.
La segunda dispersión coloidal contiene nanopartículas coloidales del segundo tipo, neutras o casi neutras, y eléctricamente polarizables por la acción de un campo eléctrico externo, y un segundo medio de dispersión en forma de un disolvente líquido o de un gas, sustancialmente exento de acción de polarización eléctrica en el que se dispersan las nanopartículas coloidales.The second colloidal dispersion contains colloidal nanoparticles of the second type, neutral or almost neutral, and electrically polarizable by the action of an external electric field, and a second dispersion medium in the form of a liquid solvent or a gas, substantially free of the action of electrical polarization in which colloidal nanoparticles are dispersed.
El valor absoluto del potencial eléctrico de superficie y la concentración en nanopartículas del segundo tipo son respectivamente mayores o iguales a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie y a un segundo umbral de concentración, dependiendo cada uno de los cuales de la naturaleza del segundo medio de dispersión y de la naturaleza de las nanopartículas del segundo tipo polarizables, de modo que después del segundo tiempo de contacto suficientemente largo e inferior a 15 minutos, el segundo montaje obtenido es el segundo conjunto monocapa o multicapa que tiene la segunda forma geométrica deseada y del cual al menos la primera capa es compacta por lo que se refiere a ausencia de huecos no deseados más grandes que el tamaño de dos nanopartículas adyacentes, las nanopartículas se unen entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del segundo submotivo.The absolute value of the surface electric potential and the concentration in nanoparticles of the second type are respectively greater than or equal to a first threshold of surface electric potential and a second concentration threshold, each of which depends on the nature of the second medium of dispersion and of the nature of the polarizable second type nanoparticles, so that after the second contact time sufficiently long and less than 15 minutes, the second assembly obtained is the second monolayer or multilayer assembly having the desired second geometric shape and the which at least the first layer is compact in terms of the absence of unwanted gaps larger than the size of two adjacent nanoparticles, the nanoparticles are joined together and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the surface potential of the s second submotive.
El procedimiento de inscripción secuencial de cargas eléctricas del mismo signo en el sustrato electret, ejecutado durante la segunda etapa 606 o la quinta etapa 612, se incluye en el conjunto formado por una inscripción de cargas eléctricas por un haz de iones enfocados, una inscripción de cargas eléctricas por un haz de electrones enfocados y una inscripción de cargas eléctricas por microscopía de fuerza atómica (AFM) y una inscripción de cargas eléctricas por electrofotografía (también llamada xerografía).The procedure of sequential registration of electric charges of the same sign on the electret substrate, executed during the second stage 606 or the fifth stage 612, is included in the set consisting of an inscription of electric charges by a beam of focused ions, an inscription of electric charges by a beam of focused electrons and an inscription of electric charges by atomic force microscopy (AFM) and an inscription of electric charges by electrophotography (also called xerography).
El proceso de inscripción en paralelo de cargas del mismo signo en el sustrato electret se incluye en el conjunto formado por la nanoimpresión eléctrica, el microcontacto eléctrico.The process of parallel registration of charges of the same sign on the electret substrate is included in the set consisting of the electric nano-print, the electric microcontact.
En particular, las nanopartículas coloidales del primer tipo tienen la propiedad de convertir una radiación en un espectro infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en un primer espectro visible, y las nanopartículas del segundo tipo tienen la propiedad de convertir una radiación en el espectro infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en un segundo espectro visible, siendo el primer espectro visible diferente del segundo espectro visible.In particular, colloidal nanoparticles of the first type have the property of converting a radiation in a near infrared spectrum (NIR) into a radiation in a first visible spectrum, and nanoparticles of the second type have the property of converting a radiation into the infrared spectrum near (NIR) in a radiation in a second visible spectrum, the first visible spectrum being different from the second visible spectrum.
En particular, la concentración de nanopartículas cargadas del primer tipo, el primer disolvente, las nanopartículas del primer tipo por lo que se refiere al tamaño, el primer submotivo de carga, el primer tiempo de contacto, la concentración de nanopartículas polarizables del segundo tipo, el segundo disolvente, las nanopartículas del segundo tipo por lo que se refiere a tamaño y polarizabilidad, y el segundo tiempo de contacto se eligen para obtener el primer montaje monocapa que tiene la primera forma geométrica y el segundo montaje que tiene la segunda forma geométrica deseada, siendo la primera y la segunda formas geométricas formas conjugadas y teniendo la misma altura con respecto a la superficie de recepción del sustrato, de manera que la forma geométrica del segundo conjunto es indetectable por microscopía AFM o por microscopía óptica utilizando iluminación en el espectro visible.In particular, the concentration of charged nanoparticles of the first type, the first solvent, the nanoparticles of the first type in terms of size, the first loading submotive, the first contact time, the concentration of polarizable nanoparticles of the second type, the second solvent, the nanoparticles of second type in terms of size and polarizability, and the second contact time is chosen to obtain the first monolayer assembly having the first geometric shape and the second assembly having the desired second geometric shape, the first and second being geometric forms conjugate forms and having the same height with respect to the substrate receiving surface, so that the geometric shape of the second set is undetectable by AFM microscopy or by optical microscopy using illumination in the visible spectrum.
En general, e independientemente del procedimiento llevado a cabo para realizarlo, una microestructura formada por nanopartículas coloidales comprende un sustrato electret y un montaje de nanopartículas coloidales.In general, and independently of the procedure carried out to perform it, a microstructure formed by colloidal nanoparticles comprises an electret substrate and a colloidal nanoparticle assembly.
El sustrato electret, está constituido por un material electret y con una superficie libre de recepción, está inscrito en su superficie de recepción por un potencial eléctrico de superficie según un motivo predeterminado de cargas eléctricas positivas y/o negativas.The electret substrate, consisting of an electret material and with a free reception surface, is inscribed on its reception surface by an electrical surface potential according to a predetermined motive of positive and / or negative electrical charges.
El montaje de nanopartículas coloidales fijadas en el sustrato electret tiene una forma geométrica, elegida libremente y predeterminada.The assembly of colloidal nanoparticles fixed in the electret substrate has a geometric shape, freely chosen and predetermined.
Las nanopartículas coloidales son eléctricamente neutras o casi neutras, y eléctricamente polarizables por la acción de un campo eléctrico externo.Colloidal nanoparticles are electrically neutral or almost neutral, and electrically polarizable by the action of an external electric field.
Las nanopartículas coloidales polarizables están dispuestas en monocapa o en multicapas estando unidas directamente entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectroforéticas, creadas por la interacción existente entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del motivo de carga.The polarizable colloidal nanoparticles are arranged in monolayer or in multilayers being directly linked to each other and / or to the substrate by the action of dielectrophoretic forces, created by the interaction between the polarizable nanoparticles and the surface potential of the loading motif.
El motivo de cargas eléctricas del mismo signo inscrito en el sustrato electret corresponde a la forma geométrica del conjunto de nanopartículas monocapa o multicapa.The reason for electric charges of the same sign inscribed on the electret substrate corresponds to the geometric shape of the set of monolayer or multilayer nanoparticles.
El valor absoluto del potencial eléctrico de superficie creado por el motivo de cargas es mayor o igual a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie que depende de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, y tal que al menos la primera capa del montaje de nanopartículas coloidales es compacta por lo que se refiere a ausencia de brechas no deseadas mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente del tamaño de una nanopartícula.The absolute value of the surface electric potential created by the motive of charges is greater than or equal to a first threshold of surface electric potential that depends on the nature of the polarizable nanoparticles, and such that at least the first layer of the colloidal nanoparticle assembly It is compact in terms of the absence of unwanted gaps greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a nanoparticle.
Alternativamente, el valor absoluto del potencial eléctrico de superficie creado por el motivo de cargas es mayor o igual que un tercer umbral que depende de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, y de tal manera que el montaje de nanopartículas coloidales es multicapa.Alternatively, the absolute value of the surface electric potential created by the motive of charges is greater than or equal to a third threshold that depends on the nature of the polarizable nanoparticles, and in such a way that the assembly of colloidal nanoparticles is multilayer.
Alternativamente, la microestructura está formada por nanopartículas coloidales de dos tipos diferentes y comprende, en forma de un montaje binario, un sustrato electret, un primer montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del primer tipo, y un segundo montaje monocapa o multicapa de nanopartículas coloidales del segundo tipo.Alternatively, the microstructure is formed by colloidal nanoparticles of two different types and comprises, in the form of a binary assembly, an electret substrate, a first monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles of the first type, and a second monolayer or multilayer assembly of colloidal nanoparticles of the second type.
El sustrato electret está constituido por un material electret y tiene una superficie libre de recepción.The electret substrate is constituted by an electret material and has a free reception surface.
Las nanopartículas coloidales del primer tipo que forman el primer montaje se depositan sobre el sustrato electret. Las nanopartículas coloidales del segundo tipo que forman el segundo montaje se depositan sobre el sustrato electret.The colloidal nanoparticles of the first type that form the first assembly are deposited on the electret substrate. Colloidal nanoparticles of the second type that form the second assembly are deposited on the electret substrate.
El sustrato electret tiene un potencial eléctrico de superficie inscrito en la superficie de recepción del sustrato electret según un motivo predeterminado de cargas eléctricas que tienen un primer signo y que tienen un segundo signo opuesto al primero, estando compuesto el motivo de cargas por un primer submotivo de cargas del primer signo y un segundo submotivo de cargas del segundo signo opuesto.The electret substrate has a surface electric potential inscribed on the receiving surface of the electret substrate according to a predetermined motive of electric charges that have a first sign and that have a second sign opposite to the first, the motive of charges being composed of a first submotive of charges of the first sign and a second submotive of charges of the second opposite sign.
Las nanopartículas del primer tipo que forman el primer montaje monocapa se cargan eléctricamente según el segundo signo y se unen al sustrato electret por la acción de las fuerzas culombianas creadas por la interacción existente entre las nanopartículas del primer tipo y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret, ya sea sustancialmente neutras y eléctricamente polarizables y unidas al sustrato electret por la acción de fuerzas dielectroforéticas creadas a partir de la interacción entre las nanopartículas polarizables y el potencial de superficie del primer submotivo de cargas.The nanoparticles of the first type that form the first monolayer assembly are electrically charged according to the second sign and are joined to the electret substrate by the action of the culombian forces created by the interaction between the nanoparticles of the first type and the surface potential of the first submotive of charges inscribed in the electret substrate, either substantially neutral and electrically polarizable and joined to the electret substrate by the action of dielectrophoretic forces created from the interaction between polarizable nanoparticles and the surface potential of the first submotive of charges.
Las nanopartículas coloidales del segundo tipo que forman el segundo montaje monocapa o multicapa, son neutras o casi neutras eléctricamente y polarizables y eléctricamente por la acción de un campo eléctrico externo.The colloidal nanoparticles of the second type that form the second monolayer or multilayer assembly, are neutral or almost neutral electrically and polarizable and electrically by the action of an external electric field.
Las nanopartículas coloidales del segundo tipo están unidas entre sí y/o al sustrato por la acción de fuerzas dielectoforéticas, creadas a partir de la interacción existente entre las nanopartículas del segundo tipo, eléctricamente neutras y polarizables, y el potencial de superficie del segundo submotivo de cargas inscrito en el sustrato electret. The colloidal nanoparticles of the second type are linked to each other and / or to the substrate by the action of dielectophoretic forces, created from the interaction between the nanoparticles of the second type, electrically neutral and polarizable, and the surface potential of the second submotive of loads registered in the electret substrate.
El segundo submotivo de las cargas eléctricas de segundo signo, inscrito en el sustrato electret, corresponde a la forma geométrica del segundo montaje, monocapa o multicapa, de nanopartículas.The second submotive of the second sign electrical charges, inscribed on the electret substrate, corresponds to the geometric shape of the second, single-layer or multi-layer, nanoparticle assembly.
El valor absoluto del potencial eléctrico de superficie creado por el segundo submotivo de cargas es mayor o igual a un primer umbral de potencial eléctrico de superficie que depende de la naturaleza de las nanopartículas polarizables, y de modo que al menos la primera capa del segundo montaje de nanopartículas coloidales es compacta por lo que se refiere a la ausencia de huecos no deseados de tamaños mayores o iguales al tamaño de dos nanopartículas adyacentes, preferentemente al tamaño de una partícula.The absolute value of the surface electric potential created by the second submotive of charges is greater than or equal to a first threshold of surface electric potential that depends on the nature of the polarizable nanoparticles, and so that at least the first layer of the second assembly Colloidal nanoparticles are compact in terms of the absence of unwanted holes of sizes greater than or equal to the size of two adjacent nanoparticles, preferably the size of a particle.
Alternativamente, las nanopartículas cargadas del primer tipo y las nanopartículas neutras polarizables del segundo tipo respectivamente tienen un primer tamaño y un segundo tamaño.Alternatively, charged nanoparticles of the first type and polarizable neutral nanoparticles of the second type respectively have a first size and a second size.
El primer montaje y el segundo montaje tienen respectivamente un primer número y un segundo número de capas, y el producto del primer número de capas por el primer tamaño es sustancialmente igual al producto del segundo número de capas por el segundo tamaño.The first assembly and the second assembly respectively have a first number and a second number of layers, and the product of the first number of layers by the first size is substantially equal to the product of the second number of layers by the second size.
Las formas del primer y segundo submotivos de voltaje por lo que se refiere a la codificación de intensidad y de signo del potencial en la superficie de recepción del sustrato electret se configuran de modo que la primera y segunda formas geométricas respectivamente del primer y segundo montajes son formas conjugadas entre si y tienen sustancialmente la misma altura con respecto a la superficie de recepción del sustrato electret, lo que hace que la forma geométrica del segundo conjunto sea indetectable por AFM o por microscopía óptica utilizando iluminación en el espectro visible.The forms of the first and second voltage submotives as regards the intensity and sign coding of the potential on the receiving surface of the electret substrate are configured so that the first and second geometric shapes respectively of the first and second mounts are forms conjugated to each other and have substantially the same height with respect to the receiving surface of the electret substrate, which makes the geometric shape of the second set undetectable by AFM or by optical microscopy using illumination in the visible spectrum.
Alternativamente, las nanopartículas del primer tipo tienen la propiedad de convertir una radiación en el espectro infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en un primer espectro visible, y las nanopartículas del segundo tipo tienen la propiedad de convertir la radiación en el espectro infrarrojo próximo (NIR) en una radiación en un segundo espectro visible, siendo el primer espectro visible diferente del segundo espectro visible.Alternatively, nanoparticles of the first type have the property of converting a radiation in the near infrared spectrum (NIR) into a radiation in a first visible spectrum, and nanoparticles of the second type have the property of converting radiation into the near infrared spectrum ( NIR) in a radiation in a second visible spectrum, the first visible spectrum being different from the second visible spectrum.
En general, el material electret es un material comprendido en el grupo formado por polimetacrilatos de metilo (PMMA), copolímeros de olefinas cíclicas (CoC), poli (tereftalato de etileno) (PET), polidimetilsiloxanos (PDMS), polipropilenos (PP), policarbonatos (PC), poliestirenos (PS), cloruros de polivinilo (PVC), politetrafluoroetilenos (PFTE), sulfato de triglicerina (TGS), fluoruro de polivinilideno (PVDF), nitruro de silicio (Si3N4), óxido de silicio (SiO2), el compuesto SÍ3N4/So /sí (NOS).In general, the electret material is a material comprised in the group consisting of methyl polymethacrylates (PMMA), copolymers of cyclic olefins (CoC), poly (ethylene terephthalate) (PET), polydimethylsiloxanes (PDMS), polypropylenes (PP), polycarbonates (PC), polystyrenes (PS), polyvinyl chlorides (PVC), polytetrafluoroethylenes (PFTE), triglycerine sulfate (TGS), polyvinylidene fluoride (PVDF), silicon nitride (Si3N4), silicon oxide (SiO2), the compound YES3N4 / So / yes (NOS).
En general, las nanopartículas coloidales son compuestos estabilizados por sí mismos o por ligandos y/o cargas, que tienen propiedades físicas comprendidas en el conjunto formado por las propiedades plasmónicas, conductoras, magnéticas, luminiscentes, catalíticas, electrocrómicas, fotocrómicas que se vuelven sustancialmente neutras y eléctricamente polarizables, hechas de nanopartículas coloidales básicas.In general, colloidal nanoparticles are compounds stabilized by themselves or by ligands and / or charges, which have physical properties comprised in the set formed by the plasmonic, conductive, magnetic, luminescent, catalytic, electrochromic, photochromic properties that become substantially neutral and electrically polarizable, made of basic colloidal nanoparticles.
Las nanopartículas coloidales básicas tienen un núcleo sólido y, eventualmente, un caparazón, y se incluyen en el grupo formado por el látex, SiO2, TiO2, ZrO2; CdS, CdSe, PbSe, GaAs, GaN, InP, In2O3, ZnS, ZnO, MoS2, Si, C, ITO, Fe2O3, Fe3O4, Co, Fe-Co, Fe3C, FesC2, Ni; Au, Ag, Cu, Pt y nanopartículas bimetálicas; WO3; NaLnF4, fluoruros de lantánidos (LnF3), óxidos de lantánidos (Ln2O3), zirconatos, silicatos, hidróxidos (Ln(OH)3) y sulfuros de óxido dopados o no con uno o más lantánidos diferentes (Ln indica un lantánido) y mezclas de estos compuestos. Cuando el medio dispersante es un disolvente líquido no polarizador, el disolvente está compuesto por pentano, iso-pentano, hexano, heptano, octano, nonano, decano, ciclopentano, ciclohexano, cicloheptano, ciclooctano, ciclohexeno, benceno, tolueno, metilciclohexano, xileno, mesitileno, cloroformo, cloruro de metileno, tetracloroetileno.The basic colloidal nanoparticles have a solid core and, eventually, a shell, and are included in the group consisting of latex, SiO2, TiO2, ZrO2; CdS, CdSe, PbSe, GaAs, GaN, InP, In2O3, ZnS, ZnO, MoS2, Si, C, ITO, Fe2O3, Fe3O4, Co, Fe-Co, Fe3C, FesC2, Ni; Au, Ag, Cu, Pt and bimetallic nanoparticles; WO3; NaLnF4, lanthanide fluorides (LnF3), lanthanide oxides (Ln2O3), zirconates, silicates, hydroxides (Ln (OH) 3) and oxide sulfides doped or not with one or more different lanthanides (Ln indicates a lanthanide) and mixtures of these compounds. When the dispersing medium is a non-polarizing liquid solvent, the solvent is composed of pentane, iso-pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclohexene, benzene, toluene, methylcyclohexane, xylene, mesitylene, chloroform, methylene chloride, tetrachlorethylene.
Cuando el medio dispersante es un gas dispersante no polarizador, el gas dispersante está comprendido en el conjunto formado por dinitrógeno N2, argón Ar y aire.When the dispersing medium is a non-polarizing dispersing gas, the dispersing gas is comprised in the assembly formed by dinitrogen N2, argon Ar and air.
En particular, las microestructuras de nanopartículas coloidales son montajes compactos de una sola capa y de varias capas de nanocristales p-NaYF4 de alta conversión óptica, apretados al máximo, fijados en películas electret en PMMA y de 100 nm de espesor. El número de capas de nanocristales depositados está ajustado con precisión por el potencial de superficie de los motivos de carga inscritos en las películas electret en PMMa y la concentración en nanocristales en la dispersión.In particular, the microstructures of colloidal nanoparticles are compact single-layer and multi-layer p-NaYF4 high-conversion nano-crystal assemblies, tightened to the maximum, fixed on electret films in PMMA and 100 nm thick. The number of layers of deposited nanocrystals is precisely adjusted by the surface potential of the loading motifs inscribed in the electret films in PMM a and the concentration in nanocrystals in the dispersion.
La formación de montajes multicapa de nanocristales requiere motivos de cargas con potencial de superficie elevado, altas concentraciones de nanocristales y un disolvente de dispersión eléctricamente no polarizante. Los nanocristales deben ser eléctricamente polarizables en un alto grado y neutros desde el punto de vista electrostático. Los conjuntos binarios de nanocristales se crean utilizando un sustrato electret en el que se han inscrito motivos de cargas positivas y negativas y sumergiendo en ellos el sustrato inscrito en dispersiones de nanocristales, por ejemplo, p-NaYF4, de diferentes cargas eléctricas y luminiscencia en alta conversión de diferentes espectros. Las propiedades de luminiscencia en alta conversión de los montajes de nanocristales están bien correlacionadas con su geometría y su composición. The formation of multilayer nanocrystal assemblies requires motifs of loads with high surface potential, high concentrations of nanocrystals and an electrically non-polarizing dispersion solvent. The nanocrystals must be electrically polarizable to a high degree and neutral from the electrostatic point of view. Binary sets of nanocrystals are created using an electret substrate in which motifs of positive and negative charges have been inscribed and submerging in them the substrate inscribed in dispersions of nanocrystals, for example, p-NaYF4, of different electrical charges and luminescence in high Conversion of different spectra. The high conversion luminescence properties of nanocrystal mounts are well correlated with their geometry and composition.
Todas estas características permiten la fabricación de micro/nanomotivos de nanocristales codificados por lo que se refiere a (i) geometría, (ii) tipo de nanocristales, (iii) intensidad de luminiscencia, (iv) color de emisión por la utilización de dos tipos de nanocristales de alta conversión.All these characteristics allow the manufacture of micro / nanomotives of encoded nanocrystals in terms of (i) geometry, (ii) type of nanocrystals, (iii) intensity of luminescence, (iv) emission color by the use of two types of high conversion nanocrystals.
Además, los montajes codificados por colores se pueden hacer imperceptibles en la topografía, ocultando de este modo eficazmente la información.In addition, color-coded mounts can be made imperceptible in topography, thus effectively hiding information.
La rapidez y la eficiencia económica de los procesos descritos anteriormente, la capacidad de escribir motivos cualesquiera de forma geométrica deseada y el dominio del control de la arquitectura espacial del montaje en las tres direcciones, designadas por ejemplo por los ejes X, Y y Z permiten construir micro/nano estructuras únicas de formas complejas, codificadas por lo que se refiere a colores e intensidades, que se pueden utilizar como etiquetas contra la falsificación y/o de trazabilidad y/o de autentificación con un alto nivel de seguridad.The speed and economic efficiency of the processes described above, the ability to write any desired geometric pattern and the control of the spatial architecture of the assembly in the three directions, designated for example by the X, Y and Z axes allow Build unique micro / nano structures of complex shapes, encoded in terms of colors and intensities, which can be used as labels against counterfeiting and / or traceability and / or authentication with a high level of security.
Las etiquetas contra la falsificación y/o de trazabilidad y/o de autentificación pueden presentar varios niveles de seguridad, puediendo o no ser acumulativos dichos niveles de seguridad. Estos niveles de seguridad pueden ser:Labels against counterfeiting and / or traceability and / or authentication may have various levels of security, such security levels may or may not be cumulative. These security levels can be:
- el tamaño micro/nano de las estructuras, que hace "invisibles" a simple vista e imposible de encontrar con un microscopio si no se conoce su posición exacta;- the micro / nano size of the structures, which makes "invisible" to the naked eye and impossible to find with a microscope if its exact position is unknown;
- la luminiscencia, sabiendo que en presencia de montajes binarios o de más de dos tipos de nanopartículas, la micro/nano estructura puede presentar al menos dos longitudes de onda de emisión diferentes;- the luminescence, knowing that in the presence of binary assemblies or more than two types of nanoparticles, the micro / nano structure can have at least two different emission wavelengths;
- la intensidad de luminiscencia, ésta última pudiendo presentar variaciones para una misma micro/nano estructura, siendo debidas estas variaciones a diferentes alturas de montajes en el seno de la misma micro/nano estructura;- the luminescence intensity, the latter being able to present variations for the same micro / nano structure, these variations being due to different mounting heights within the same micro / nano structure;
- la deposición aleatoria de nanopartículas en una zona de la superficie del sustrato electret, excluyendo el montaje, presentando esta deposición una firma única específica para cada micro/nano estructura;- the random deposition of nanoparticles in an area of the surface of the electret substrate, excluding assembly, this deposition presenting a specific unique signature for each micro / nano structure;
- el enmascaramiento de un montaje de nanopartículas por uno o varios otros montajes de nanopartículas, obteniéndose el enmascaramiento con montajes binarios o montajes de más de dos tipos de nanopartículas imperceptibles por lo que se refiere a la topografía, ocultando así la información de manera eficaz. Dicho enmascaramiento hace que la identificación de la información sea imposible topográficamente, permitiendo solo una lectura de luminiscencia revelar la información.- the masking of a nanoparticle assembly by one or several other nanoparticle assemblies, obtaining masking with binary assemblies or assemblies of more than two types of imperceptible nanoparticles in terms of topography, thus hiding the information effectively. Such masking makes the identification of the information topographically impossible, allowing only a luminescence reading to reveal the information.
Las etiquetas antifalsificación y/o de trazabilidad y/o de autentificación, que presentan uno o más niveles de seguridad, codifican, además, la información topográficamente, la micro/nano estructura que presenta una geometría concreta.The anti-counterfeiting and / or traceability and / or authentication tags, which have one or more security levels, also encode the information topographically, the micro / nano structure that has a specific geometry.
Según la figura 19, una etiqueta anti-falsificación y/o de trazabilidad y/o autentificación es, por ejemplo, un código QR tridimensional detectable en fluorescencia por microscopía óptica. Las nanopartículas coloidales son aquí partículas de látex de 100 nm de diámetro.According to Figure 19, an anti-counterfeit and / or traceability and / or authentication tag is, for example, a three-dimensional QR code detectable in fluorescence by optical microscopy. Colloidal nanoparticles are here latex particles of 100 nm in diameter.
Alternativamente, la segunda realización del método 602 descrito en la figura 18 se puede generalizar mediante la realización de una secuencia en un orden predeterminado de un número entero, mayor o igual a dos, de pares de etapas, estando asociado cada par de etapas a un orden o rango k de emplazamiento en la secuencia, a un tipo predeterminado de nanopartículas, sustancialmente neutras y polarizables a depositar dependientes del rango k, y a una geometría de deposición predeterminada dependiente del rango k.Alternatively, the second embodiment of method 602 described in Figure 18 can be generalized by performing a sequence in a predetermined order of an integer, greater than or equal to two, of pairs of stages, each pair of stages being associated with a sequence order or rank k in the sequence, to a predetermined type of nanoparticles, substantially neutral and polarizable to deposit dependent on the range k, and a predetermined deposition geometry dependent on the range k.
Cada par de etapas, caracterizado por su rango k, es la sucesión de una primer etapa de inscripción de rango k de un motivo de cargas que depende del tipo predeterminado de partículas a depositar y de la geometría de deposición asociada da la función de rango k y de una segunda etapa de deposición de nanopartículas que tienen el tipo asociado al rango k en el motivo de cargas inscrito durante la primera etapa asociada al rango k.Each pair of stages, characterized by its rank k, is the succession of a first stage of inscription of rank k of a motive of charges that depends on the predetermined type of particles to deposit and the associated deposition geometry gives the function of rank k and of a second stage of deposition of nanoparticles having the type associated with the range k in the motive of charges recorded during the first stage associated with the range k.
Por lo tanto, se pueden obtener especialmente conjuntos ternarios tridimensionales de nanopartículas con compacidad elevada, y montajes con un número aún mayor de tipos diferentes de nanopartículas.Therefore, three-dimensional ternary sets of nanoparticles with high compactness, and assemblies with an even larger number of different types of nanoparticles can be obtained especially.
Alternativamente, una etiqueta anti-falsificación y/o de trazabilidad y/o de autentificación que comprende una micro/nano estructura de nanopartículas coloidales tal como se definió anteriormente u obtenida por el procedimiento definido anteriormente, comprende además:Alternatively, an anti-counterfeit and / or traceability and / or authentication tag comprising a micro / nano colloidal nanoparticle structure as defined above or obtained by the procedure defined above, further comprises:
- una estructura de nanopartículas fijadas de manera fortuita y no controlada según un ruido de deposición, con una distribución poco densa en cuanto a compacidad y aleatoria, realizada en una zona de superficie del sustrato electret no recubierta por el montaje, e identificadas en el sustrato electret por coordenadas espaciales, y- a structure of nanoparticles fixed in a random and uncontrolled manner according to a deposition noise, with a dense distribution in terms of compactness and randomization, made in a surface area of the electret substrate not covered by the assembly, and identified in the substrate electret by spatial coordinates, and
- una imagen de dicha estructura aleatoria de nanopartículas depositadas en la zona de superficie de referencia, siendo la imagen capturada opcionalmente una imagen topográfica AFM, una imagen óptica o una imagen de fotoluminiscencia, y guardándose en una memoria. - an image of said random structure of nanoparticles deposited in the reference surface area, the image being optionally captured as an AFM topographic image, an optical image or a photoluminescence image, and stored in a memory.
Las coordenadas de la imagen de dicha estructura aleatoria se guardan en un soporte de información en correspondencia de la imagen de dicha estructura aleatoria. El soporte de información es, por ejemplo, el mismo soporte de grabación que el de la imagen. También puede ser un soporte de grabación diferente. En todos los casos, existe un enlace informativo de asignación, por ejemplo, informático, entre la imagen de la estructura aleatoria y sus coordenadas espaciales. The coordinates of the image of said random structure are stored in an information medium corresponding to the image of said random structure. The information medium is, for example, the same recording medium as that of the image. It can also be a different recording medium. In all cases, there is an informative assignment link, for example, computer, between the image of the random structure and its spatial coordinates.
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